La bioimpresión 3D se ha convertido rápidamente en uno de los segmentos líderes de la industria de la impresión 3D en términos de innovación en el sector sanitario.
Y es que, gracias a las técnicas de impresión 3D, las células y los biomateriales se pueden combinar y depositar capa por capa para crear desarrollos biomédicos que tienen las mismas propiedades que los tejidos vivos. Durante este proceso, se pueden usar varios bioenlaces para crear estas estructuras similares a tejidos, que tienen aplicaciones en los campos de la ingeniería médica y de tejidos. Por supuesto, la meta de todos estos desarrollos es bioimprimir con éxito un órgano humano completamente funcional.
El primer desarrollo de la bioimpresión data de 1988 cuando el doctor Robert J. Klebe, de la Universidad de Texas, presentó su proceso Cytoscribing, un método de microposicionamiento de células para crear tejidos sintéticos en 2D o 3D usando un impresora de inyección de tinta clásica. Como resultado de esta investigación, el profesor Anthony Atala de la Universidad de Wake Forest creó el primer órgano en 2002 gracias a la bioimpresión, un riñón a pequeña escala.
A lo largo del tiempo, estas investigaciones han continuado. Por ello, ahora, investigadores de la Universidad de California en San Diego han desarrollado una tecnología de bioimpresión de alto rendimiento, que imprime en 3D a una velocidad récord: puede producir una matriz de 96 pozos de muestras de tejido humano vivo en 30 minutos, lo que podría ayudar a acelerar el desarrollo de fármacos.
Los tejidos que produce esta nueva tecnología son estructuras altamente organizadas, por lo que se pueden replicar fácilmente para el cribado a escala industrial
Y es que, el proceso para que una empresa farmacéutica desarrolle un nuevo medicamento puede tardar hasta 15 años. Por lo general, comienza con la detección de decenas de miles de candidatos a fármacos en tubos de ensayo. Después, los candidatos exitosos se someten a pruebas en animales, y cualquiera que pase esta etapa pasa a los ensayos clínicos.
Ahora, la tecnología de bioimpresión 3D de alto rendimiento podría acelerar los primeros pasos de este proceso y permitiría a los desarrolladores de fármacos acumular rápidamente grandes cantidades de tejidos humanos en los que podrían probar y descartar candidatos a fármacos mucho antes.
En este sentido, los investigadores han explicado que, si bien su tecnología podría no eliminar las pruebas con animales, podría minimizar los errores encontrados durante esa etapa.
La tecnología rivaliza con otros métodos de bioimpresión 3D no solo en términos de resolución, sino que también imprime estructuras realistas con intrincadas características microscópicas, como tejidos de cáncer de hígado humano que contienen redes de vasos sanguíneos, sino también velocidad.
La impresión de una de estas muestras de tejido lleva unos 10 segundos. Además, tiene el beneficio adicional de imprimir automáticamente muestras directamente en placas de pocillos industriales. Esto significa que las muestras ya no tienen que transferirse manualmente de una en una desde la plataforma de impresión a las placas de pocillos para el cribado.
La reproducibilidad es otra característica clave de este trabajo. Los tejidos que produce esta nueva tecnología son estructuras altamente organizadas, por lo que se pueden replicar fácilmente para el cribado a escala industrial.
¿CÓMO FUNCIONA?
Para imprimir sus muestras de tejido, los investigadores primero diseñan modelos 3D de estructuras biológicas en una computadora. Estos diseños incluso pueden provenir de escaneos médicos, por lo que pueden personalizarse para los tejidos de un paciente.
Luego, el ordenador corta el modelo en instantáneas 2D y las transfiere a millones de espejos de tamaño microscópico. Cada espejo se controla digitalmente para proyectar patrones de luz violeta (405 nanómetros de longitud de onda, lo que es seguro para las células) en forma de estas instantáneas.
Los patrones de luz se iluminan sobre una solución que contiene cultivos de células vivas y polímeros sensibles a la luz que se solidifican al exponerse a la luz. La estructura se imprime rápidamente una capa a la vez de manera continua, creando un andamio de polímero sólido 3D que encapsula células vivas que crecerán y se convertirán en tejido biológico.
La matriz de microespejos controlados digitalmente es clave para la alta velocidad de la impresora. Debido a que proyecta patrones 2D completos sobre el sustrato mientras imprime capa por capa, produce estructuras 3D mucho más rápido que otros métodos de impresión, que escanea cada capa línea por línea usando una boquilla o láser.