Imprimiendo (en 3D) el futuro de la biomedicina

"El 3D está inundando nuestra vida cotidiana audiovisual de la misma forma que comenzó a hacerlo el color décadas atrás: cine en 3D, televisiones en 3D, videojuegos en 3D... Este furor tridimensional ha tenido una razón de ser muy clara desde sus comienzos, que ha sido básicamente, la búsqueda de un mayor realismo y espectáculo.

 Pero la verdadera revolución del 3D aún no es cotidiana y está por llegar. El mayor potencial del 3D no es verlo, es construirlo, imprimirlo y que ello esté al alcance de la mano de cualquiera. Ese es el potencial de las impresoras 3D. 

¿Qué son las impresoras 3D? Son herramientas (de muy diversa complejidad) capaces de crear piezas u objetos en 3D a partir de planos virtuales y ciertos tipos de materiales. De la misma forma que una impresora convencional (2D) imprime fotografías partiendo de datos digitales usando tinta, las impresoras 3D imprimen objetos partiendo también de datos digitales de figuras en 3D y usando materiales que apilan o se esculpen hasta dar formas tridimensionales.

 Los compuestos que pueden utilizar para crear estos objetos son muy variados: resinas, escayola, aleaciones de metales, papel, polímeros que son deformables a altas temperaturas (termoplásticos), células...

En la actualidad, las impresoras 3D se utilizan, sobre todo, en campos como la arquitectura, diseño industrial y múltiples ámbitos de las ingenierías por lo sencillo que es construir con ellas maquetas, piezas, prototipos, etc. La razón por la que esta tecnología no se ha extendido más, hasta la cercanía del hogar, es su precio. 

Pese a haberse abaratado mucho en los últimos años, sigue siendo prohibitivo para muchas personas (aunque ya existen impresoras 3D muy asequibles partiendo de 500 dólares). Pero, ¿qué tiene todo esto que ver con la biomedicina? ¿De qué manera las impresoras 3D pueden tratar y ayudar a personas enfermas o con discapacidad? Como veremos a continuación, de muchas más formas de las que se imaginan...

Imprimiendo (en 3D) prótesis e implantes personalizados

Las prótesis y los implantes son, por lo general, objetos bastante caros porque suelen requerir una personalización al detalle. Esto impide un modelo de fabricación en cadena y se necesita uno más "artesanal" y a medida, lo que no sólo supone un coste mayor sino también un tiempo de espera. Sin embargo, esta situación cambia radicalmente ante las impresoras en 3D capaces de fabricar estos elementos. 

Si se disponen de planos virtuales genéricos que se pueden modificar fácilmente, la personalización de prótesis se limita simplemente a cambiar determinados parámetros en esos planos y la impresora hará el resto. También pueden emplearse escáneres 3D para la creación de los planos virtuales evitando la utilización de moldes. Todo ello acelera el proceso de creación de la pieza al tiempo que se hace más asequible sin necesidad de recurrir a grandes fabricantes.

La variedad de prótesis e implantes que se han desarrollado y utilizado gracias a las impresoras 3D es ya sustanciosa: Prótesis de miembros (hay de diseño, además), de cadera y rodilla, prótesis dentales, auditivas y faciales, exoesqueletos...

Con el siguiente vídeo pueden comprender más fácilmente cómo las impresoras 3D pueden ayudar a las personas. Emma, una niña con una seria discapacidad causada por la artrogriposis, es capaz de llevar una vida más normal gracias a un exoesqueleto personalizado, muy ligero, diseñado por investigadores y fabricado por una impresora 3D:

(Youtube)

Imprimiendo (en 3D) tejidos y órganos humanos

 Las impresoras 3D han ido ganando en complejidad y precisión con los años. Inicialmente sólo podían crear objetos partiendo de materiales más o menos convencionales (metales, plásticos...) pero es una limitación que ya se ha superado ampliamente.

 Hoy en día existen impresoras 3D que utilizan material biológico (células, matriz extracelular, andamios biológicos...) con el fin último de crear tejidos y órganos humanos. 

Por supuesto, a diferencia de las prótesis y los implantes, la tecnología de impresión biológica en 3D está aún en investigación pero, de tener éxito, sería el aliado ideal de las células madre en el campo de la medicina regenerativa. ¿Por qué? 

Hasta ahora, las células madre se han aplicado e investigado principalmente en 2 dimensiones y si lo que nos interesa es que, algún día, se desarrolle un órgano o tejido tridimensional totalmente funcional es estrictamente necesario contar con una tecnología que disponga las células tridimensionalmente.

Todo esto puede parecer ciencia ficción pero ya se están creando en el laboratorio "prototipos" de riñones, vejigas, piel, huesos, corazones, orejas, vasos sanguíneos... De hecho, algunos de estos órganos (como la vejiga) ya se han trasplantado experimentalmente a personas con resultados que invitan al optimismo.

 Aún así, el camino a recorrer es todavía largo (muchos apuntan a más de 10 años) y será necesario un desarrollo mayor de la tecnología de impresión 3D y un mayor conocimiento de la biología celular para que, quizás algún día, recibir un órgano construido en el laboratorio sea tan normal como recibir un trasplante de un órgano procedente de otra persona. 

Mientras tanto, nos queda soñar con las inmensas posibilidades que esta combinación de biología y tecnología podría ofrecer... o mejor, conozcamos un poquito más cómo se están construyendo hoy en día tejidos y órganos con células e impresoras 3D de la mano de Anthony Atala en el siguiente vídeo. 

Este investigador y su grupo del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa lograron desarrollar una vejiga funcional mediante la tecnología de impresión 3D que se ha utilizado en ensayos clínicos: