"Piezas dentales como un fragmento de mandíbula, tejidos y hasta órganos para trasplantes –un equipo de científicos estadounidense se ha propuesto sintetizar un corazón para el año 2023– se podrán conseguir mediante la bioimpresión 3D en el futuro.
Cada vez hay más literatura científica sobre este tema, como el texto publicado
este verano en la revista Nature, que daba idea de los avances que se
han venido produciendo en los últimos años. Sin embargo, pese a la
creciente afluencia de noticias relacionadas con este campo, la
experimentación sigue siendo compleja.
Todo surge de la puesta en común de tres ciencias o especialidades: la biología, la creación de biomateriales y la impresión 3D.
A esta última tecnología se le están encontrando aplicaciones en
sectores diversos, desde la industria a la decoración, pasando por otros
tantos campos entre los que se cuenta la investigación biomédica.
En
este caso se trata de que el archivo informático que envíe las órdenes a
la impresora 3D contenga la información necesaria (obtenida mediante
escaneado) para la reproducción de un trozo de órgano, de un hueso o de
un tejido.
Esta pieza impresa en 3D tiene que estar basada en materiales biocompatibles,
que no sean rechazados por el cuerpo, y que además permitan sembrar
células, cuyo objetivo final será producir la actividad funcional
necesaria. La misión de estos biomateriales no sería otra que servir de
armazón a las células para que una vez insertada la pieza en el
organismo estas se reproduzcan ocupando el espacio que les corresponde,
incluido el del propio material, que es biodegradable.
Poco a poco la estructura compuesta de biomaterial va dejando paso a
las células que el propio organismo genera, hasta retirarse una vez
cumplido su papel como estructura base.
Los retos de la bioimpresión 3D
La teoría es bonita, pero los retos que quedan no son fáciles. José
Becerra, catedrático de Biología Celular en la Universidad de Málaga y
director científico del Centro Andaluz de Nanomedicina y Biotecnología ( BIONAND),
se hace eco de las dificultades por solventar. “Por el lado biológico
existe la tecnología y el conocimiento, basado en las células madre y
basado en la ciencia de los materiales. Es decir, existen los materiales, existen las células y la posibilidad de cultivarlas, ahora lo que hay que hacer es poner las dos cosas juntas”.
Para hacer esto hay que calcular de forma precisa cómo se lleva a cabo
el proceso. Cuál es el momento adecuado para ponerlo en marcha, qué
cantidad de células hay que inyectar o cuánto tiempo se tienen en
cultivo en el laboratorio antes de ser implantadas son cuestiones aún
por documentar. También es imprescindible tener muy claro cómo se
alimentan las células en el tiempo en que la pieza esté cultivándose en
el laboratorio. Esta es una cuestión básica.
“Las células tienen que vivir cada minuto y por tanto cada minuto les tienen que llegar nutrientes. La llegada de los nutrientes en un sistema 3D es compleja
porque los nutrientes tienen que atravesar por difusión de una manera
físicamente posible esa estructura 3D.
Esto solo es posible con unas
máquinas que se llaman biorreactores, que son capaces de perfundir los
nutrientes en un líquido”, indica Becerra. Los biorreactores introducen
oxígeno, retirando el dióxido carbónico y los otros restos del
metabolismo de la célula. Esto es necesario desde que se pone en marcha
el cultivo hasta que se implanta en el cuerpo humano.
“Esas células que hasta ahora se han alimentado en el
biorreactor ahora tienen que alimentarse en el organismo receptor. Esto
quiere decir que la sangre del organismo le tiene que llegar a todas
esas células que han vivido hasta ahora en un ambiente especialmente
diseñado para que sigan vivas”, explica el director científico del
centro BIONAND.
Conseguir la vascularización –la creación de vasos
sanguíneos que lleven los nutrientes a las células implantadas– es el
verdadero reto. Se pueden cultivar células en diferentes sustratos en el
laboratorio, así como promover la creación de pequeños vasos
sanguíneos. Pero todo esto hay que conectarlo con la circulación del organismo y esto es un problema que tardará en resolverse, según incide Becerra.
De lo sencillo a lo complejo
Las primeras pruebas tienen que hacerse con estructuras pequeñas y
sencillas. “No podemos pensar que vamos a crear un riñón o un corazón,
lo vamos a colocar en el paciente y ya está todo solucionado”, señala
Becerra. Hoy en día se cuenta con la parte de manufactura (impresión
3D), el conocimiento biológico (para sembrar las células) y la ciencia
de los materiales (la creación de biomateriales). Pero la bioimpresión
3D aún es un campo muy joven y queda mucho trabajo por delante.
“Se llevan no más de tres años en búsqueda de soluciones a los problemas”,
recuerda Becerra. Más que la reproducción e implantación de órganos lo
que toca hoy es pensar en soluciones a cuestiones más inmediatas. Por
ejemplo, aunque se ha avanzado mucho en el ámbito de los cultivos
celulares en los últimos años, ahora hay que aplicar este conocimiento a
la bioimpresión 3D, que es un tipo de cultivo con características
especiales.
Se implantan células madre, que tienen la
capacidad de multiplicarse y después especializarse en las diferentes
funciones que las células realizan en cada órgano. Y las células
cultivadas deben ser prioritariamente las del paciente para evitar que
sean rechazadas.
En cuanto a la impresión 3D de la pieza se puede llevar
a cabo de dos formas. De la máquina puede salir un armazón hecho con
biomaterial al que luego se le siembran las células, o bien, el propio
material que expulsa la impresora 3D contiene el cultivo celular. Pero
siempre teniendo en cuenta que las células no pueden pasarse 15 minutos sin recibir oxígeno.
Las perspectivas de futuro
A pesar de su bisoñez la bioimpresión 3D puede mirar al futuro con
optimismo. “Si uno pone la palabra ‘bioprinting’ en una base de datos
científica internacional cada día aparecen más citas”, señala Becerra.
“Creo que esto va a tardar mucho tiempo,
pero puesto que se tienen los elementos que forman parte del proceso
creo que va ser posible. Lo lógico es que en los próximos años se
realice mucho trabajo de experimentación y vayan consiguiéndose
resultados en parcelas diferentes”. La creación de pequeños vasos
sanguíneos es una de las áreas donde se pueden producir avances más
rápidamente.
“Cuando uno tiene un infarto de
miocardio es porque se le obstruyen las arterias que irrigan el corazón.
En este caso lo primero que se suele hacer es intentar desatascar las
arterias y cuando eso no es posible se pone un stent, una especie de
muelle que abre las arterias.
Cuando esto tampoco es posible se hacen
implantes de arterias, que pueden ser naturales o sintéticas”, explica
Becerra, añadiendo que normalmente se usan arterias naturales, tomadas
de otra parte del cuerpo del paciente. Pero la bioimpresión 3D podría sintetizar pequeños trozos de vasos sanguíneos
que sean implantables. De esta forma los implantes no se tienen que
tomar del propio paciente, que solo dispone de unos pocos centímetros de
arteria para hacer un trasplante.
Queda claro que lo primero es empezar con estructuras
sencillas, como pequeños vasos sanguíneos e incluso arterias.
Posteriormente se puede pensar en huesos para colocar prótesis. “Así se
va a seguir avanzando con la finalidad de en un futuro de poder
construir un riñón y de esta forma tener riñones a la carta, sin depender de la donación de órganos,
que es algo muy limitado.
Hoy día la necesidad de implante de órganos
nuevos aumenta cada día y la donación no aumenta. O se inventan
sustitutos a los órganos donados o ahí tendremos un problema”, Becerra
ve en la bioimpresión 3D una posibilidad de disponer de órganos no
dependientes de la donación.
En todo caso la
bioimpresión 3D de órganos queda aún lejos, “bastante lejos”, en
palabras del científico, si bien no estamos tan lejos de sintetizar las
partes. “Ya se han implantado trozos de tráquea. Pensemos en que se
pueden fabricar dos centímetros de tráquea que se necesitan para
sustituir un trozo de tráquea que está defectuosa por cualquier causa,
ya sea un tumor o un traumatismo”.
En este terreno tampoco está todo
resuelto. En los pocos casos –dos o tres– que se ha trasplantado una
parte de la tráquea de esta manera los resultados no han sido buenos a
largo plazo y ha habido que tomar otra medida pasado un tiempo.
Otras partes por las que empezar serían la vejiga o un uréter
(el tubito que comunica cada riñón con la vejiga de la orina). “Son
estructuras tubulares o huecas que tienen una pared bastante simple y
ahí se puede progresar bastante”, indica Becerra. Su trabajo y el de su
equipo en bioimpresión 3D, sin embargo, está dirigido a reproducir
estructuras como la mandíbula, una parte de la cual se puede reproducir a
medida basándose en un TAC.
El material para crear esta pieza es
titanio poroso. En este caso no se trata de un material biodegradable,
pero los poros se rellenan con estructuras del cuerpo humano para que el
conjunto se integre mejor. Las encargadas de llevar a cabo esta función
son las células osteogénicas, capaces de formar hueso.
¿Nuevos negocios?
Hay varias líneas de negocio que pueden salir de la bioimpresión 3D.
Una de ellas es la creación de biomateriales. Actualmente hay muchos
recursos dedicados exclusivamente a investigar nuevos materiales. Así ha
surgido el grafeno y otros de
propiedades verdaderamente valiosas. Aparte de esto, en cuanto existan
productos biomédicos aprobados por las autoridades para implantarse en
las personas aparecerán empresas que los construirán.
La propia fabricación de las máquinas de bioimpresión 3D es otro nicho de negocio.
Un estudio de la consultora IDTechEX calcula que en general el sector
de la bioimpresión 3D podría generar un negocio de unos 6.000 millones
de dólares anuales dentro de diez años. Becerra opina que estos números
no pasan de ser estimaciones, que pueden estar más o menos cerca de la
realidad.
El científico es miembro del comité de expertos de la European
3D Printing Summit, un evento dedicado a la impresión 3D que tendrá
lugar en Madrid del 18 al 19 de febrero del próximo año. La sola
celebración de este evento indica que los organizadores han previsto la existencia de un interés suficiente en este campo como para ponerlo en marcha.
Los bancos de células pueden ser otro de los negocios que se generen.
“Si las células pueden no ser necesariamente del paciente sino que
pueden ser alogénicas, no del paciente sino de otra persona, entonces existirán bancos de células como ya están existiendo para la medicina regenerativa en general”,
Becerra cree que este modelo se puede hacer extensible en el futuro y
acabar estableciendo bancos para la creación de vasos sanguíneos, de
uréter, de vejigas o de trozos de hueso.
Al fin y al
cabo la velocidad a la que se avance en bioimpresión 3D dependerá, como
en muchas otras cosas, de los ingresos que se generen. “Allí donde haya
un nicho rentable aparecerán las empresas. Si no hay rentabilidad
económica y hay rentabilidad clínica a lo mejor las empresas no
prosperan y lo hacen los poderes públicos. Pero como valdrá mucho dinero
seguramente a los poderes públicos no les será fácil”, puntualiza
Becerra. Un dilema que es todo menos nuevo." (diarioturing, 09/10/2014)
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