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Impresión 3D de órganos

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La bioimpresión 3D de órganos permitirá hacer frente a la falta de donantes de órganos, y a la vez abrirá un nuevo camino hacia el estudio de algunas enfermedades.

1) Un corazón impreso en 3D

Un grupo de investigadores isrealíes presentaron en abril de 2019 un corazón impreso en 3D del tamaño de una cereza. El corazón estaba compuesto por células, vasos sanguíneos y ventrículos. Los científicos desarrollaron un hidrogel a partir del tejido adiposo propio del paciente, con el objetivo de reducir el riesgo de rechazo una vez implantado. La impresión tardó entre 3 y 4 horas, y el tamaño del órgano es similar al corazón de un conejo.

Un resultado similar fue obtenido por la empresa BIOLIFE4D, una empresa estadounidense que logró imprimir un minicorazón humano con ventrículos y cavidades en 2019. A diferencia del corazón impreso por los israelíes, el de BIOLIFE4D no solo tiene la capacidad de contraerse, sino de bombear también. La empresa de EEUU ya había logrado anteriormente imprimir tejido cardíaco y varios componentes del corazón.

Proceso de impresión de BioLife4D

2) Un riñón impreso en 3D

En 2011, el profesor Anthony Atala, director del Wake Forest Institute para la Medicina regenerativa, presentó por primera vez un riñón impreso en 3D. El proceso tardó alrededor de 7 horas, y se usaron células madre. El riñón no sobrevivió por mucho tiempo, pero abrió las puertas a nuevos avances en la impresión de este órgano.

3) Corneas impresas en 3D

La organización mundial de la salud estima que 10 millones de personas alrededor del mundo requieren de cirugía para prevenir ceguera corneal, y aproximadamente 4.9 millones actualmente sufren de ceguera completa debido a cicatrices corneales. En el 2019, investigadores de la Universidad de Newcastle desarrollaron por primera vez una córnea artificial impresa en 3D, que podía ser trasplantada a alguna persona que la necesitara. Los científicos estudiaron y recolectaron datos a partir del ojo de un voluntario, y fueron capaces de diseñar un modelo 3D de la córnea. Uno de los aspectos más desafiantes fue encontrar los materiales correctos para mantener la forma cóncava de la córnea, así como encontrar una biotinta lo suficientemente delgada como para que pudiera fluir a través de la boquilla de la impresora.

4) Ovarios impresos en 3D

En mayo de 2017, investigadores de la Universidad de Northwestern estaban desarrollando una solución para mujeres con problemas de fertilidad. Habían tenido éxito implantando un ovario bioimpreso y un ratón estéril. En el 2019, los científicos avanzaron notablemente. Fueron capaces de mapear la ubicación de proteínas estructurales en un ovario de cerdo, lo que les permitió bioimprimir ovarios funcionales para uso humano, lo cual puede ayudar a millones de mujeres infértiles alrededor del mundo afectadas debido al cáncer. Además, el equipo de investigación explicó que su metodología podría ser usada para identificar otros tipos de proteínas que podrían facilitar la creación de biotintas para otros órganos.

5) Hígado impreso en 3D.

Investigadores de la Universidad de Sao Pablo en Brasil han tenido éxito creando versiones miniatura de un hígado humano a partir de células sanguíneas. El proceso toma 90 días, desde la toma de muestra de sangre del paciente hasta la producción del tejido, el cual integra las funcionalidades del órgano en cuestión, como la producción de proteínas vitales, el almacenamiento de vitaminas y la secreción de bilis. Para la creación del tejido hepático, el equipo usó la bioimpresora Inkredible, de la empresa Cellink, una de las más reconocidas en la industria. Ernesto Goulart, coautor del estudio, explica que en lugar de imprimir células individuales, desarrollaron un método para agruparlas antes de la impresión. Estos grupos de células mantienen la funcionalidad del tejido durante más tiempo.

6) Oreja impresa en 3D

Hemos visto varias iniciativas y proyectos relacionados con la impresión 3D de orejas. En esta oportunidad mencionaremos un desarrollo de la Universidad de Tecnología de Queensland y la Fundación HearSay, quienes ayudaron a una niña llamada Maia Van Mulligan a recuperar su oreja. El implante fue creado usando las células cartilaginosas de la misma paciente, reduciendo el riesgo de rechazo una vez se implantara la prótesis.

7) Impresión 3D de pancreas

Este es un proyecto en curso de científicos de la “Foundation for Research and Development of Science”. Su objetivo es imprimir un páncreas completamente funcional, que evitará que los pacientes diabéticos tengan que inyectarse insulina y minimizará el riesgo de complicaciones secundarias relacionadas, las cuales muchas conllevan a la muerte. Para la bioimpresión de este órgano, se realiza primero una biopsia del paciente y una cosecha de células. Las células son entonces convertidas en células capaces de producir insulina y glucagón. Posteriormente son usadas como biotinta para imprimir el pancreas. Este proyecto también es realizado usando una impresora de la empresa Cellink. El próximo paso en la investigación es la fase de prueba en animales, lo cual permitirá entender mejor la reacción del pancreas impreso en 3D cuando está dentro de un organismo vivo.

8) Impresión 3D de piel

La empresa francesa Poietis ha desarrollado piel impresa, que en un futuro podría usarse en víctimas de quemaduras o de enfermedades de la piel. Otros investigadores, esta vez de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang en Corea del Sur, también han logrado imprimir piel humana. El proceso usa una impresora con dos métodos de impresión: extrusión e inyección de tinta. La máquina primero extruye un material a base de colágeno que está compuesto por una membrana PCL (Policaprolactona) y un poliéster biodegradable que evita que el colágeno se contraiga durante la maduración del tejido. Luego, usan un método de inyección de tinta para distribuir uniformemente los queratinocitos, que son las células predominantes en la capa más externa de la piel en la membrana PCL.

No todo es impresión 3D de órganos

Por otro lado, la relación de la impresión 3D con la medicina no está sujeta únicamente a la fabricación de órganos.

El crecimiento general de la fabricación aditiva podría explicarse por las oportunidades en términos de personalización que ofrece. Puede crear prótesis, implantes, usarse como preparación de operaciones quirúrgicas o para fabricar dispositivos médicos que faciliten ciertas operaciones sensibles como guías quirúrgicas y otras ayudas visuales.

Imagen tomada de 3D Natives

Fabricación aditiva para diseñar implantes y prótesis.

El objetivo de un implante es reemplazar un órgano durante un período prolongado o complementar una o más de sus funciones. Por lo tanto, por definición, está totalmente adaptado al paciente y, como tal, a la anatomía de la persona. La personalización lleva mucho tiempo y es costosa cuando se trata de utilizar métodos de fabricación tradicionales. Aquí es donde la fabricación aditiva resulta útil y ayuda a diseñar implantes personalizados.

Mediante el uso de la impresión 3D, los fabricantes de prótesis e implantes pueden crear más fácilmente soluciones con las dimensiones correctas, con un diseño complejo y a un costo menor. En cuanto a la durabilidad de los dispositivos médicos creados, también evitará que el paciente tenga que cambiar el implante cada década, lo que facilita la vida diaria de la persona.

Finalmente, la impresión médica en 3D también ha permitido automatizar el proceso de creación de prótesis auditivas y dentales.

Impresión 3D al servicio de la simulación quirúrgica.

La fabricación aditiva puede usarse como herramienta para que los médicos, sobre todo aprendices, practiquen antes de las operaciones y por tanto reduzcan la probabilidad de cometer errores, lo cual es una de las causas más frecuentes de muerte entre pacientes. Los modelos anatómicos impresos en 3D pueden ser también presentados al paciente antes de la operación para que visualice todos los pasos del procedimiento, ayudando a mejorar la relación y confianza médico-paciente.

Impresión 3D de medicamentos

Esta es una aplicación de la que pocos hablan, pero que es muy  interesante. Acá hay más problemas regulatorios que tecnológicos. Con la impresión 3D, sería posible ajustar la dosis de cada medicamento de acuerdo al paciente, de acuerdo a su edad, su peso, e incluso se podrían mezclar medicamentos en una sola pastilla. También se podrían diseñar medicamentos de efecto rápido, o con efectos enfocados en regiones específicas del cuerpo.

Fuentes:

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