Imprimen en 3D hueso, cartílago y músculo humano a tamaño real

Científicos del Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest (Carolina del Norte, EE UU) han utilizado un sistema de bioimpresión para crear tejidos humanos a tamaño real; concretamente, huesos, cartílagos y músculos de orejas y mandíbulas. Aunque aún no sirven para ser trasplantados, sí logran sortear algunos de los problemas de estas técnicas para, en un futuro, reemplazar partes del cuerpo que el paciente tenga dañadas o haya perdido. La investigación ha sido descrita esta semana en la revista Nature Biotechnology.

El sueño de los bioingenieros es imprimir en el laboratorio tejidos y órganos funcionales, y dejar de depender de las donaciones para los trasplantes; sin embargo, con las impresoras 3D hasta ahora solo se ha logrado crear estructuras demasiado inestables y frágiles para ser implantadas en un cuerpo humano. Además, como no tienen vasos sanguíneos, el tamaño de estas construcciones estaba hasta ahora limitado a 200 micras (milésima parte de un milimetro), que es la distancia límite de difusión de los nutrientes y el oxígeno.

Una oreja de bebé

Anthony Atala y su equipo han solucionado el problema de la estabilidad imprimiendo las células en materiales poliméricos biodegradables con la fuerza mecánica suficiente para soportarlas hasta que el tejido madure. Para superar el límite de tamaño, integraron microcanales en los nuevos objetos impresos, de modo que los nutrientes y el oxígeno tuvieran un camino por donde llegar a todas partes.

De esta manera, los investigadores han imprimido estructuras de cartílagos, huesos y músculos. Cuando implantaron en ratas los andamios celulares, se produjo el cambio: lograron madurar en tejido funcional y desarrollar un sistema de vasos sanguíneos. También sortearon el límite de tamaño. Una oreja fabricada con el tamaño correspondiente a un bebé fue capaz de de formar vasos entre uno y dos meses después de su implantación.

Los científicos imprimieron estructuras y las implantaron en animales, tras lo cual maduraron en tejido funcional y desarrollaron vasos sanguíneos

Lo más importante de este avance es que las estructuras tienen el tamaño adecuado y la capacidad para su futuro uso en seres humanos. “Esta nueva impresora supone un avance importante en nuestra búsqueda para fabricar tejidos de reemplazo destinados a los pacientes”, declara Anthony Atala, director del instituto y autor principal del estudio. “Con un mayor desarrollo, esta tecnología podría ser utilizada para imprimir estructuras de tejidos y órganos destinados a la implantación quirúrgica”, añade.

Implantes a medida

Este sistema también permite personalizar la forma de construir los tejidos impresos, según las necesidades de cada paciente. Para ello, se utilizan imágenes clínicas y se crea un modelo informático 3D del tejido perdido.

Después, esos datos se transmiten a un programa que conecta con las boquillas de la impresora encargadas de dispensar las células en la estructura final.

Los autores aseguran que “con un mayor desarrollo, esta tecnología puede producir tejidos y órganos que incorporen múltiples tipos de células en lugares concretos para recabar información sobre estructura y función originales”.

Referencia bibliográfica:

Anthony Atala et al. “A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs with structural integrity”. Nature Biotechnology, 15 de febrero de 2016. DOI: 10.1038/nbt.3413

En caso de accidente, la UNAM podría hacerte un cráneo de plástico

Leopoldo Ruiz Huerta, responsable del MADiT del CCADET.
Leopoldo Ruiz Huerta, responsable del MADiT del CCADET.
  • Hechos de termoplástico transparente a partir de una tomografía del paciente, se colocan en zonas afectadas del cráneo
  • El logro es del grupo de Leopoldo Ruiz Huerta, responsable del MADiT del CCADET, donde se diseñan y producen

UNAM. Para proteger el cerebro dentro de un cráneo incompleto o dañado por procesos quirúrgicos u oncológicos, la UNAM y la Secretaría de Salud desarrollan implantes craneales que se colocan directamente en las zonas afectadas. Expertos del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET) de la UNAM de manera conjunta con el Hospital General de México Doctor Eduardo Liceaga (HGM) trabajan en el proyecto.

Hasta ahora, tres pacientes han recibido uno, hecho a la medida de su lesión y congruente con la geometría del resto del cráneo, relató Leopoldo Ruiz Huerta, doctor en ingeniería mecánica y quien, junto con Yara Cecilia Almanza Arjona, Alberto Caballero Ruiz (doctores) y Homero Alberto Castro Espinosa (ingeniero), diseñan y producen los moldes respectivos en el Laboratorio Nacional de Manufactura Aditiva, Digitalización 3D y Tomografía Computarizada (MADiT) de la entidad universitaria.

Manufactura aditiva

El implante se hace con técnicas de diseño asistido por computadora, a partir de la información tomográfica de la lesión del paciente y, posteriormente, con procesos de manufactura aditiva, más conocida como impresión 3D; entonces se realiza la construcción de moldes, que son empaquetados con polimetilmetacrilato (PMMA, por sus siglas en inglés), un termoplástico transparente ampliamente utilizado en el área dental.

En el MADiT se utiliza una tecnología de manufactura aditiva llamada Modelado por Deposición Fundida, donde la pieza se diseña y visualiza en la computadora, luego se traza la geometría del molde del implante y una máquina rellena el contorno con varias capas de la resina hasta lograr el volumen, la densidad y las curvaturas particulares.

Ruiz Huerta compara el proceso con un dibujo infantil, que comienza con el delineado del contorno de una figura que luego se colorea. “La máquina también parte de la silueta de la pieza y luego rellena el dibujo, pero en vez de lápices de colores usa hilos del material termoplástico, más finos que un cabello”, explicó.

“El equipo, de precisión sorprendente, emplea un programa que delimita el área de la pieza y forma el molde para el implante capa por capa, hasta lograr el volumen deseado”.

Uno de los retos superados ha sido minimizar y eliminar la formación de pequeñas burbujas de aire dentro del implante resultante, que en caso de existir favorecen procesos infecciosos. Se han logrado piezas homogéneas, transparentes y sin burbujas que se colocan en la zona afectada, con lo que se minimiza el uso de tornillos, costuras o pegamentos acrílicos para ajustar el implante al cráneo.

Nexo con el Hospital General de México

Desde los años 80, en el HGM se construyen con técnicas que iniciaron de manera casi artesanal y que empleaban cera y yeso para hacer el molde que luego se fabricaba del mismo PMMA.

“Con el proceso que se utilizaba en el Hospital General el resultado podía demorar hasta varias semanas. En 2012 comenzamos a trabajar con la Unidad de Prótesis Craneomaxilofaciales del Servicio de Oncología de esa institución y gracias a las tecnologías del MADiT, y conservando el material PMMA, logramos realizar un caso clínico en 15 horas”, relató.

Aunque el PMMA y el titanio ofrecen propiedades mecánicas diferentes, el primero resulta muy útil y económico, lo que hace factible que más mexicanos tengamos acceso a esta alternativa. Además, al ser un material de baja densidad, permite el paso de rayos X, algo importante en estudios de tomografía, muy frecuentes para el seguimiento de pacientes con cáncer.

Actualmente, Ruiz Huerta y sus colaboradores se enfrentan al desafío de desarrollar aplicadores para braquiterapia ocular, sin que las radiaciones lleguen al cerebro. “Es un reto, pero colocar un aplicador con protección detrás del ojo permitiría el tratamiento sin afectar el cerebro”, concluyó.