El futuro nos puede llevar a un escenario en el que las máquinas sean capaces de crear órganos o recomponer músculos, huesos, tejido y piel. Esta realidad que parece tan futurista y más propia de películas de ciencia ficción está más cerca de formar parte de nuestra vida diaria. Así lo atestiguan investigadores como Ibrahim T. Ozbolat, profesor asociado de ciencias de la ingeniería y mecánica, ingeniería biomédica y neurocirugía de la Universidad Estatal de Pensilvania, que viene trabajando en novedosos proyectos que utilizan la bioimpresión 3D con el fin de crear una gama de materiales para su uso potencial en la salud humana, tales como: modelos imprimibles de huesos, piel y células tumorales.
En el caso de EE.UU, existen en la actualidad más de 100.000 personas a la espera de un trasplante de órganos y serán 130 millones de pacientes los que pasarán por emergencias este año. Avances como la generación de estos materiales con posibilidad de aplicarse al cuerpo humano serían un importante avance para la reducción de las esperas y la regeneración de componentes dañados en las personas. Sería como una máquina de fabricación de las piezas necesarias para que podamos reponer nuestros elementos afectados. Servirá para que no dependamos de las espera de donantes para solucionar situaciones de urgencia en caso de pacientes de una alta prioridad de ser atendidos.
“En el futuro, la bioimpresión desempeñará un papel fundamental en todos los aspectos del sistema de salud. Podría permitir directamente la creación de órganos trasplantables"
En relación a la aplicación el día de mañana de estas novedades científicas, Ibrahim Ozbolat, asegura que sería un gran paso adelante para la sanidad tal y como la conocemos. “En el futuro, la bioimpresión desempeñará un papel fundamental en todos los aspectos del sistema de salud. Podría permitir directamente la creación de órganos trasplantables. Reducirá la necesidad de donaciones de órganos. Algún día, esta tecnología nos permitirá comprender mejor las enfermedades y reducir la necesidad de realizar pruebas con animales”.
Para que esto sea una realidad en un futuro cercano, los investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania se encuentran trabajando de la mano de la industria con el objetivo de aplicar esta tecnología de maneras novedosas para abordar problemas apremiantes en la salud humana, así como en otras áreas. Del mismo modo, resulta clave en el trabajo de estos científicos la colaboración con colegas de todas las disciplinas en la línea de presentar un frente multidisciplinar en el abordaje de los diversos componentes de un problema y susposibles soluciones. Este trabajo conjunto es un factor diferencial y una importante clave para el enfoque de vanguardia en la fabricación aditiva.
“Puedo imaginar un momento en que un paciente podría estar debajo de una bioimpresora y tener piel nueva impresa directamente sobre una herida”
“Puedo imaginar un momento en que un paciente podría estar debajo de una bioimpresora y tener piel nueva impresa directamente sobre una herida”, relata Ozbolat, quien junto a su grupo de trabajo ya ha hecho avances exitosos en la impresión de huesos y tejidos blandos en los cráneos de ratas. “La reparación de lesiones en la piel y los huesos del cráneo es particularmente difícil debido a las muchas capas de diferentes tipos de tejidos involucrados. Tratar de trabajar con estos dos materiales al mismo tiempo es un desafío aún mayor”. Actualmente, explica Ozbolat, reparar algo tan complejo como las lesiones en el cráneo requiere emplear piel y hueso de otra parte del cuerpo del paciente. Esto puede implicar una cirugía adicional o materiales obtenidos de un cadáver, lo que corre el riesgo de rechazo por parte del sistema inmunitario del paciente.
Ozbolat y sus colegas crearon un material óseo imprimible usando una mezcla de colágeno; quitosano, azúcar del esqueleto exterior de los mariscos; nano-hidroxiapatita, un componente del esmalte dental; y proteína morfogenética ósea-2, un factor de crecimiento aprobado por la FDA para la regeneración ósea. Para la piel, usaron colágeno y fibrinógeno, una proteína producida en el hígado que ayuda en la coagulación de la sangre. Después de escanear con precisión el defecto del cráneo de una rata, desplegaron el material óseo sobre la herida, seguido de un material de barrera y luego el material de la piel. Todo el proceso implicó menos de cinco minutos. “No existe un método quirúrgico para reparar tejidos blandos y duros a la vez”, señala Ozbolat. El próximo paso en el que trabajan será traducir esta investigación a su aplicación humana.
Descubrieron que cuanto más cerca está una célula tumoral de una célula endotelial o fibroblasto, más agresivamente es probable que se propague
Además de reparar la piel y los huesos, Ozbolat y su equipo utilizan la bioimpresión 3D para ayudar en el estudio del cáncer de mama. En esta línea, recientemente el equipo generó modelos tumorales, llamados esferoides tumorales, para estudiar cómo la distancia de una célula tumoral a las células endoteliales cercanas (células que recubren las paredes de los vasos sanguíneos) y fibroblastos (células del tejido conectivo) influye en su capacidad de crecimiento. Descubrieron que cuanto más cerca está una célula tumoral de una célula endotelial o fibroblasto, más agresivamente es probable que se propague.
PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA
La fabricación aditiva describe el uso de la impresión 3D para construir componentes funcionales en un entorno de fabricación. El proceso es "aditivo" porque produce un objeto construyéndolo sucesivamente capa a capa. Por el contrario, la fabricación sustractiva crea componentes mediante la eliminación de material hasta que se completa la pieza final. El proceso aditivo, por su naturaleza, es más flexible y mucho menos derrochador de recursos.
Después de completar la capa base, la impresora agrega capas adicionales hasta completar el artículo
El proceso se inicia con un modelo 3D: una representación de diseño asistido por computadora (CAD) del objeto que especifica con precisión cuánto material (plástico, metal, arcilla o biomaterial) debe depositarse y dónde. Después de completar la capa base, la impresora agrega capas adicionales hasta completar el artículo. En cierto modo, los investigadores creen que pueden imprimir casi cualquier cosa que puedan imaginar, lo que nos permite producir productos tradicionales de manera más económica y sostenible y crear productos completamente nuevos que pueden transformar la forma en que viajamos, construimos hogares y manejamos nuestra salud.