¿Es la bioimpresión 3D el futuro de la medicina a medida?

La bioimpresión 3D se ha convertido rápidamente en uno de los segmentos líderes de la industria de la impresión 3D en términos de innovación. Hasta hace poco, el mercado se centraba principalmente en América del Norte, sin embargo, muchas empresas, laboratorios y universidades de todo el mundo también están explorando este campo. 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, es más que sabido que la meta de todos estos desarrollos es bioimprimir con éxito un órgano humano completamente funcional.

Si bien esta tecnología se considera el futuro de la medicina, todavía hay muchas incógnitas asociadas a este proceso de impresión. A continuación, exploraremos este tema y algunas de las preguntas recurrentes que las personas tienen sobre la bioimpresión. Además, también exploraremos los diferentes procesos de impresión asociados con esta tecnología.

Créditos: Fluid Form

Es un hecho conocido que la demanda de trasplantes continúa aumentando cada año. Solo en la Unión Europea con 28 países miembros, hay 87,000 personas en la lista de espera de trasplantes en 2018, y tan solo 10, 500 recibieron un órgano. Dado que cada año la cantidad de personas en la lista de espera continúa siendo mucho mayor que la cantidad de donantes y trasplantes, la solución parece ser apuntar hacía a la bioimpresión 3D. Un avance esperanzador marcó el campo de la medicina en abril de este año. Un equipo de investigadores de la Universidad de Tel-Aviv (TAU) imprimió con éxito un corazón en 3D usando células humanas. Este corazón coincidía completamente con las propiedades inmunológicas, celulares y anatómicas de un paciente humano. Aunque  aún el tamaño del corazón era de un conejo, pero su complejidad fue un hito en la medicina: «La gente ha logrado imprimir en 3D la estructura de un corazón en el pasado, pero no con células o con vasos sanguíneos. Nuestros resultados demuestran el potencial de nuestro enfoque para la ingeniería de reemplazo de tejidos y órganos personalizado en el futuro «, explicó el profesor Tal Dvir, quien dirigió la investigación en este estudio.

Corazón bioimpreso en 3D por la investigadores israelíes.

Los inicios de la bioimpresión

El primer desarrollo de la bioimpresión data de 1988 cuando el Dr. Robert J. Klebe, de la Universidad de Texas, presentó su proceso Cytoscribing, un método de microposicionamiento de células para crear tejidos sintéticos en 2 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. En 2010, nació el primer laboratorio especializado en impresión 3D: Organovo, que comenzó a trabajar rápidamente con los desarrolladores de Invetech para crear una de las primeras bioimpresoras del mercado, la NovoGen MMX. Organovo se ha posicionado como uno de los líderes en la industria y continúa trabajando en el desarrollo de tejido óseo después de injertar con éxito tejido hepático. También podemos mencionar a la compañía BIOLIFE4D, que fue capaz de imprimir en 3D un corazón humano en miniatura, el primero en los Estados Unidos. Esperamos que más compañías y grupos de investigación puedan lograr este objetivo en los próximos meses.

Primero riñón bioimpreso en 3D por la Universidad Wake Forest.

Uno de los mayores desafíos es el alto costo de los desarrollos y la falta de conocimiento que aún existe. Sin embargo, están comenzando a surgir nuevas técnicas para aumentar las posibilidades de éxito de la bioimpresión 3D, y se dividen en 5 categorías diferentes que exploraremos a continuación:

Bioimpresión de inyección de tinta

Esta tecnología se basa en el proceso común de impresión por inyección de tinta. Actualmente, las impresoras 3D con tecnología FDM se modifican para lograr el mismo proceso desde una perspectiva biológica. Consiste en un proceso en el que se depositan capas de biotintas (también llamados biomateriales) sobre un sustrato de hidrogel o placas de cultivo. Esta tecnología puede clasificarse en dos métodos principales: térmicos y piezoeléctricos.

La tecnología térmica utiliza un sistema de calefacción que crea burbujas de aire, se derrumban y proporcionan presión para expulsar las gotas de biotinta. En contraste, la tecnología piezoeléctrica, no utiliza calor para crear la presión necesaria, utiliza la carga eléctrica que se acumula en un material sólido, en este caso una cerámica piezoeléctrica policristalina que está en cada boquilla de impresión. Sin embargo, esta última tecnología puede causar daños a la membrana celular si se utiliza con demasiada frecuencia.

Técnica de bioimpresión de tinta.

Los científicos han hecho grandes avances en el patrón de moléculas, células y órganos con la impresión de inyección de tinta. Moléculas como el ADN se han duplicado con éxito, lo que facilita el estudio de los problemas de cáncer y su tratamiento. Células que ayudan al cáncer de mama también puede ser impresas y conservar sus funciones, con buenas perspectivas para la creación de estructuras de tejidos vivos.

Organovo utiliza la impresión por inyección de tinta para crear tejidos humanos funcionales. Específicamente, están interesados ​​en reproducir tejido del hígado humano. Lo que Organovo intenta hacer es repare alguna parte dañada del hígado del paciente mediante la implantación del tejido, esta solución prolongaría la vida del órgano hasta que el paciente sea elegible para un trasplante.

https://www.3dnatives.com/es/bioimpresion-futuro-medicina-180520172/

Este servicio es capaz de replicar órganos y patologías gracias a la impresión 3D

 

Las tecnologías de fabricación aditiva en el campo de la medicina personalizada están avanzando a pasos agigantados. Muchos son los investigadores que han desarrollado proyectos para la bioimpresión de órganos humanos adaptados a la necesidades de cada paciente. Sin embargo, recientemente salió la noticia de un servicio de impresión 3D desarrollado por AIJU, para replicar órganos y patologías concretas con una precisión ultra realista. Esta solución, pionera en Europa, simula el comportamiento de diferentes tejidos y texturas a partir de resonancias magnéticas (MR) o tomografías (TC). ¿El objetivo? Obtener mayor información en el estudio del paciente, lo cual permitiría reducir las posibles complicaciones en quirófano, así como los tiempos de intervención.

El Centro Tecnológico AIJU, fundado en 1985, cuenta con más de 580 empresas asociadas en multitud de sectores. En la actualidad ofrecen servicios en las áreas de I+D para el desarrollo de productos, materiales innovadores, etc. Con más de 15 años de experiencia en fabricación aditiva por PolyJet, presentó el pasado 22 de septiembre, durante la feria ADDITIV Digital, su servicio “Digital Anatomy Printer”, dedicado a la réplica de órganos y patologías de precisión ultra realista. La innovadora solución fue posible a través de la J750 DAP del fabricante Stratasys, una máquina única en Europa, por el momento.

¿Replicar órganos y patologías ultra realistas?

La tecnología de Stratasys permitió al centro tecnológico la réplica de biomodelos que simulan el comportamiento de distintos tejidos, texturas o patologías, como por ejemplo vasos sanguíneos, huesos y órganos blandos. Éstos son obtenidos a partir de resonancias magnéticas o tomografías de los pacientes. Así, el servicio de AIJU y la tecnología 3D pueden ofrecer una evaluación tridimensional clínica sobre un amplio rango de patologías reales, así como validar el rendimiento de un dispositivo médico concreto. Este método podría empezar a aplicarse en hospitales, organizaciones de innovación en la salud, clínicas especializadas y facultades de medicina.

Estos biomodelos con háptica realista ayudan a mejorar la destreza de los médicos a la hora de intervenir, o probar las capacidades de nuevos dispositivos médicos, sin generar riesgos reales sobre los pacientes. Además reducirían la dependencia, costes e inconvenientes de los laboratorios en la realización de prácticas para estudiantes. En este contexto, Nacho Sandoval, ingeniero responsable de fabricación aditiva y prototipos, explica: “Desde la puesta en marcha en febrero de la última impresora específica para este servicio e incluso pese a la grave situación que ha padecido el sector sanitario con la COVID-19, ya estamos realizando la impresión de modelos test para distintas aplicaciones concretas en áreas de cardiología, traumatología, oncología y neurocirugía con valoraciones muy positivas que ya están planteando nuevos proyectos futuros”.

Este servicio ofrece una nueva visión de la medicina quirúrgica a otro nivel de personalización mucho más avanzado. Sin duda esto podría cambiar la concepción del estudio de los pacientes ofreciendo multitud de beneficios gracias a la fabricación aditiva. Sandoval concluye: “Si mejora la situación en la que nos encontramos y es posible dedicar mayores recursos a I+D en el sector médico, posiblemente en unos años, la impresión 3D de modelos anatómicos será un recurso más totalmente implantado en el Sistema de Salud al servicio de nuestros grandes profesionales sanitarios”.

Fuente:  http://imprimalia3d.com/noticias/2020/10/08/0011582/este-servicio-capaz-replicar-rganos-patolog-gracias-impresi-n-3d 

AIJU presenta un servicio de impresión 3D para replicar órganos y patologías concretas con precisión ultra realista pionero en Europa

• El proyecto “Línea I+D materiales 3D para sector médico” que lleva a cabo AIJU y cuyo objetivo es el de implantar en AIJU la impresión 3D con materiales anatómicos (Digital Anatomy Printer), ha sido financiado por Ivace.
• Estos biomodelos simulan el comportamiento de diferentes tejidos, texturas y patologías obtenidos a partir de resonancias magnéticas (MR) o tomografías (TC), lo que aporta mayor información para el estudio del paciente, permite reducir las posibles complicaciones en quirófano, así como la reducción de tiempos de intervención. 
• Su presentación se ha llevado a cabo en el primer encuentro virtual de fabricación aditiva, ADDITIV Digital que se ha celebrado el 22 de septiembre

El Centro Tecnológico AIJU ha presentado su servicio de réplicas de órganos y patologías de precisión ultra realista con impresión 3D (Digital Anatomy Printer) en el primer encuentro virtual de fabricación aditiva, ADDITIV Digital.  AIJU, tras más de 15 años de experiencia en impresión 3D PolyJet, cuenta ahora con esta pionera tecnología a través de una nueva impresora, Stratasys J750 DAP, por el momento única en Europa.

Esta tecnología permite replicar biomodelos que simulan el comportamiento de diferentes tejidos, texturas o patologías del tipo vasos sanguíneos, huesos u órganos blandos que son obtenidos a partir de resonancias magnéticas o tomografías. De este modo, la tecnología puede ofrecer a hospitales, organizaciones de innovación en la salud o Facultades de medicina, una evaluación tridimensional clínica sobre un amplio rango de patologías reales o bien por ejemplo validar el rendimiento de un dispositivo médico.

En concreto, los biomodelos con háptica realista que se asemejan a diferentes tejidos, pueden ayudar a mejorar la destreza de médicos en intervenciones poco habituales, o probar las capacidades de nuevos dispositivos médicos sin riesgos reales sobre pacientes, así como reducir la dependencia, costes e inconvenientes de los laboratorios frente a modelos animales o cadáveres para la realización de prácticas durante la formación de estudiantes.

En este sentido, el ingeniero responsable de Fabricación Aditiva y Prototipos de AIJU, Nacho Sandoval, explica que “desde la puesta en marcha en febrero de la última impresora específica para este servicio e incluso pese a la grave situación que ha padecido el sector sanitario con la COVID-19, ya estamos realizando la impresión de modelos test para distintas aplicaciones concretas en áreas de cardiología, traumatología, oncología y neurocirugía con valoraciones muy positivas que ya están planteando nuevos proyectos futuros”.  Y así destaca que “si mejora la situación en la que nos encontramos y es posible dedicar mayores recursos a I+D en el sector médico, posiblemente en unos años, la impresión 3D de modelos anatómicos será un recurso más totalmente implantado en el Sistema de Salud al servicio de nuestros grandes profesionales sanitarios”.

 Apoyo del Ivace a los centros tecnológicos 

En 2020 el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (Ivace) continúa apoyando de manera decidida el desarrollo de la actividad de I+D de los centros tecnológicos.  

El proyecto “Línea I+D materiales 3D para sector médico” que lleva a cabo AIJU y cuyo objetivo es el de implantar en AIJU la impresión 3D con materiales anatómicos (Digital Anatomy Printer) para obtener biomodelos de alta resolución que permitan simular de manera muy realista el comportamiento de diferentes tejidos permitiendo en el sector médico una evaluación clínica específica de una patología real, ha sido financiado por Ivace.

Fuente: https://www.aiju.es/2020/09/23/impresion-3d-para-replicar-organos/

Investigadores vascos desarrollan prótesis biocompatibles con impresión 3D

La UPV/EHU y la empresa Domotek han creado un material biocompatible, biodegradable, poroso, adecuado para la adhesión celular y que no presenta citotoxicidad.

Biomodelos personalizados de colágeno nativo para impulsar la medicina personalizada. ¿Para que se usan estos biomodelo digitales? Para imprimir en 3D réplicas exactas de la anatomía de cada paciente, lo que puede servir a los médicos tanto para verificar los procedimientos quirúrgicos como para mejorar la comunicación con el paciente. Este es el logro de la investigación del grupo Biomat de la Universidad del País Vasco y la empresa Domotek.

”Estos biomodelos fabricados con materiales basados en colágeno nativo pueden ser las prótesis del mañana, ya que, gracias a sus propiedades, pueden comportarse como sustitutos temporales del tejido dañado mientras este se regenera. En el caso de los implantes, la biodegradabilidad es muy importante ya que evita una segunda cirugía para eliminar el implante”, subraya Pedro Guerrero, investigador del grupo Biomat.

Los investigadores de EHU/UPV han logrado desarrollar estos biomateriales procesables por impresión 3D, mientras que el equipo de Domotek ha conseguido procesar los datos para impresoras 3D. Gracias a esta colaboración se han podido fabricar productos que pueden ser utilizados como piezas de utillaje o prótesis por su biocompatibilidad.

A partir de imágenes médicas tomadas al paciente, mediante TAC (Tomografía Axial Computarizada) o imágenes por resonancia magnética se han podido obtener unos modelos digitales 3D de ”gran precisión”, explica Guerrero. ”Estos modelos digitales se pueden transformar en datos que pueden ser procesados por las impresoras 3D para imprimir réplicas exactas (biomodelos) de la anatomía del paciente”.

De este modo, subraya Guerrero, los implantes personalizados ”hacen posible la reconstrucción del defecto sin alterar la anatomía del paciente, consiguiéndose una mejora en la eficiencia de la cirugía y reduciendo la duración y los costes de la misma”.

Las impresoras 3D pueden reproducir los biomodelos en plástico o resina, pero estos materiales presentan riesgos de infección o rechazo, por ello el desarrollo de nuevos materiales es clave. Con este avance llevado a cabo por Biomat y Domotek, ”los biomodelos se pueden fabricar con colágeno nativo tipo I, un material biocompatible, biodegradable, poroso, adecuado para la adhesión celular y que no presenta citotoxicidad”.

Piezas bioimpresas en 3D para implantes

Fuente: https://innovadores.larazon.es/es/investigadores-vascos-desarrollan-protesis-biocompatibles-con-impresion-3d/

Pellets Additive Manufacturing (PAM) y su uso para el desarrollo de un implante mamario bioabsorbible

Pollen AM pellets for 3D printing

La impresión FDM clásica nació empleando bobinas de material, y estas bobinas se producen extruyendo plástico fundido del material en forma de gránulos o granza adquiriendo el diámetro deseado al pasar por el perfil de extrusión.

La transformación de pellet a filamento facilita el transporte, extrusión y compatibilidad de material con la mayor parte de plataformas de impresión 3D del mercado, sin embargo, encarece su coste, aumenta las posibilidades de contaminación, limita su gramaje e influye negativamente en la resistencia de los productos fabricados a partir de él.

Por esta razón, surge otra corriente de funcionamiento donde en vez de utilizar las bobinas se utilizan pellets como materia prima. Imprimir con el material primigenio es más barato, más limpio, es ilimitado y más resistente. No obstante, el diseño y fabricación con extrusores de pellets es mas complejo que con la tecnología tradicional FDM de bobinas.

Pero realmente donde hay un cambio disruptivo en la impresión 3D gracias a las impresoras de pellets, es el uso de nuevos materiales homologados en sectores muy diversos. Para poder hacer efectiva la fabricación de hilo de filamento compatible con el uso en impresión 3D, los polímeros debían cumplir unas características concretas que permitieran crear un hilo constante de un diámetro concreto. Debido a este filtro, muchos materiales no podían ser accesibles en fabricación aditiva, sin embargo con este nuevo sistema, la impresión 3D  con pocos gramos de materiales es una realidad que supondrá un avance más que notorio en trabajos de laboratorio.

FABRICACIÓN ADITIVA CON DIFERENTES TIPOS DE PELLETS

La empresa francesa Pollen AM ha llevado el desarrollo de esta tecnología a niveles muy interesantes de producción. La solución que sigue esta empresa consiste en adaptar la impresora 3D para que la fuente de alimentación de material sea análoga a la de algunas tecnologías de fabricación tradicionales ya consolidadas, y así aprovechar los avances alcanzados por la industria en dichos ámbitos.

La utilización de material granulado por tanto aporta ventajas desde el punto de vista de costes hasta control sobre el proceso. También deja mucho espacio para la experimentación con materiales, su reciclado, etc.

Un ejemplo de la experimentación, es la colaboración de LATTICE MEDICAL con esta tecnología en el desarrollo de un nuevo implante bioabsorbible personalizado , llamado MATTISE, con biomateriales para la reconstrucción mamaria tras el cáncer.


Hoy en día, 1 de cada 8 mujeres tiene cáncer de mama y el 40% se someterá a una mastectomía para curar el cáncer y solo el 14 % de ellas tendrán reconstrucción porque las tenencias reales no son adecuadas. Con idea de solventar este problema surge la idea de LATTICE MEDICAL de desarrollar el implante bioabsorbible disruptivo para la reconstrucción mamara con tecnología PAM.

EL PRIMER IMPLANTE DE MAMA BIOABSORBIBLE UTILIZANDO TECNOLOGÍA PAM DESARROLLADO POR LATTICE MEDICAL

Su enfoque original combina las ventajas de las técnicas de reconstrucción reales para proporcionar una cirugía simple: el implante es bioabsorbible en el cuerpo y los residuos materiales serán expulsados del cuerpo de forma natural. Para ser menos costoso que los implantes actuales, se produce utilizando la tecnología de impresión 3D PAM con material apropiado para reducir la posibilidad de rechazo. El implante impreso en 3D se basa en material de ingeniería de crecimiento de tejido adiposo para adaptarse perfectamente al cuerpo de alojamiento. Al formar una matriz propicia para la regeneración de tejidos, la estructura de la cubierta se puede personalizar para delimitar el volumen de reconstrucción.

Esta prometedora tecnología ofrece un nuevo enfoque rentable, una solución más cómoda para el paciente con una alta tasa de éxito de implantación.


Fuentes:
Tumaker: 
https://www.tumaker.com/es/site/blog/30/impresion-3d-de-pellets-alimentacion-ininterrumpida-y-autonoma
EDDM:
https://eddm.es/blog-ingenius/impresion-3d-con-pellets/
Pollen AM:
https://www.pollen.am
LATTICE MEDICAL project:
https://www.wiseed.com/en/projet/20365397-lattice

Aleph Farms fabrica carne impresa en 3D en el espacio.

                  

La startup israelí Aleph Farms ha anunciado su proyecto de impresión de carne en 3D a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS), en colaboración con varios fabricantes de impresoras 3D. Como todos sabemos, los impactos ecológicos de la ganadería para alimentar a siete mil millones de personas no son insignificantes. Algunas iniciativas se han desarrollado en los últimos años para reducir estas consecuencias negativas en nuestro planeta recurriendo a la impresión 3D. Aleph Farms, por ejemplo, utiliza células bovinas para crear una biotinta que recrea la apariencia de la carne en 3D. Ahora quiere exportar su concepto más allá de los límites terrestres y ofrecer carne impresa en 3D en el espacio.

La carne impresa en 3D es un concepto que plantea varias preguntas en el sector agroalimentario actual: ¿realmente podemos llamarlo carne? ¿De qué está hecho? ¿Cuánto tiempo lleva obtener un filete digno de ese nombre?, Sin embargo, se debe enfatizar que la fabricación aditiva puede contribuir a la reducción de todos los impactos negativos que giran en torno a la ganadería. Mientras que algunos fabricantes ofrecen una solución vegana, la startup Aleph Farms toma células de vaca, las cultiva y las transforma en una estructura similar a la carne.

La startup puede crear carne sin sacrificar animales.(Créditos: Aleph Farms).

Proceso desarrollado por Aleph Farms

Todo comienza con la recolección de varias células de cortes de carne: células grasas, fibras musculares, células de los vasos sanguíneos, etc. Luego se mezclan para formar una biotinta que posteriormente se utilizará para bioimprimir tejidos en 3D y, por lo tanto, una carne que retiene, a priori, la textura, el sabor y la estructura de un filete clásico. Por lo tanto, obtenemos un trozo de carne sin ningún sacrificio, un avance prometedor para todos los consumidores, pero también para los astronautas: Aleph Farms ha ampliado su concepto en el espacio, en la ISS con mayor precisión.

Las primeras pruebas se realizaron en el laboratorio ruso en la ISS, realizado en una bioimpresora 3D de la empresa 3D Bioprinting Solutions. Las células bovinas se recolectaron en la Tierra y se enviaron al espacio donde fueron cultivadas. El principal desafío, por supuesto, era la falta de gravedad y el acceso limitado al agua. Didier Toubia, cofundador y CEO de Aleph Farms, explica: «En el espacio, no tenemos 10,000 o 15,000 litros de agua disponibles para producir un kilogramo de carne de res. Esta experiencia compartida marca un primer paso importante para lograr nuestra visión de garantizar la seguridad alimentaria para las generaciones futuras, al tiempo que preservamos nuestros recursos naturales».

Una gota de biotinta que contiene las células bovinas (Créditos: 3D Biopriting Solutions).

La compañía continúa diciendo que el proceso de creación de carne impresa en 3D en el espacio es más rápido que en la Tierra. En ausencia de gravedad, el material biológico podría crecer en todas las direcciones, sin ningún soporte. En la Tierra, necesita una malla y puede imprimirse solo un lado a la vez. Sin embargo, podría ser más difícil producir todo en el espacio y devolver la carne a la Tierra debido a los altos costos del viaje. Pero esta carne impresa en 3D podría ser una mejor opción para todos los astronautas que realizan largas misiones. 

                                

Fuentes: Aleph Farms
               3dnatives

Creación de piel humana sin pelo con una impresora 3D

Creación de piel humana sin pelo con una impresora 3D

Una bata verde hasta las rodillas, media cabeza cubierta con un gorro y los pies tapados con unas calzas. Todo estéril. Estamos a punto de entrar en el laboratorio de bioingeniería de la Universidad Carlos III, a las afueras de Madrid, aislado completamente del resto del mundo, donde la palabra ficción no cabe. «Ver, pero no tocar», insiste el jefe. Un descuido podría contaminar las células humanas con las que el biólogo molecular José Luis Jorcano y su equipo de bioingenieros están haciendo realidad lo que hasta ayer se antojaba una quimera. 

Están fabricando piel humana ¡con una impresora 3D! El órgano más grande (2m2), pesado (3-4 kg) y visible del cuerpo. Podría ser el sueño de cualquier bombero. O el de un soldado. O de un motero que espera un trasplante tras perder su piel en un accidente. 

«Al menos la esperanza será mayor», asiente sin triunfalismos Jorcano, quien hace tres años, junto con el jefe de cirugía experimental del Hospital Gregorio Marañón de Madrid, Francisco del Cañizo, uno de los padres del primer corazón artificial español, ideó un plan para fabricar piel humana mediante una impresora que hace reproducciones de la piel. 

«Es sólo el comienzo de algo revolucionario», augura el investigador. Y también un hito, como ha destacado la revista científica Biofabrication, en cuyas páginas Jorcano ha demostrado, por primera vez, que a través de las nuevas técnicas de impresión en tres dimensiones se puede producir esa coraza humana. 

Los bioingenieros José Luis Jorcano (dcha.) y Francisco del Cañizo. REDA SLAFTI

Y sin riesgo de rechazo, otras de sus ventajas, ya que se utilizan las células del propio paciente para fabricarla. «Esta piel puede ser trasplantada sin miedo a que le organismo reaccione como lo haría frente a un cuerpo extraño». O ser utilizada para probar medicamentos, cosméticos u otros productos químicos, una ventaja añadida que haría innecesario el uso de animales, un uso prohibido en cada vez más países. 

El proceso, aunque delicado y complejo, resulta fácil de comprender. En lugar de cartuchos de tinta como en las impresoras normales, esta impresora de piel utiliza lo que se llaman biotintas, que contienen un «cóctel biológico» de células, proteínas y factores de crecimiento. Son, para entendernos, los ladrillos con los que se construye la piel. Este cóctel se reparte por cuatro cilindros de colores, como jeringuillas gruesas, que van situados en el frontal de la máquina. Recuerdan a los expendedores de bebidas de un bar. 

Cada jeringuilla corresponde a una biotinta. La de color azul contiene células de la epidermis, la capa externa de la piel; la naranja incluye células de la dermis, la capa intermedia; la amarilla, plasma humano y, por último, la verde, contiene nutrientes como proteínas, calcio, factores de crecimiento... que mantienen las células vivas. 

La combinación exacta de todo este material es lo que utiliza la máquina para imprimir en 3D (largo, ancho y espesor) la piel humana. Un programa informático se encargará de dar las órdenes específicas a la impresora. El resultado es una masa espesa, de apariencia y textura gelatinosas, es decir, una réplica de la estructura natural de la piel humana con una capa externa (epidermis), su extracto córneo para protegerla del ambiente exterior y una capa más profunda y mucho más gruesa compuesta por fibroblastos que producen el colágeno que da elasticidad y resistencia a la piel. 

«Se podrán fabricar todos los metros que sean necesarios, día y noche, porque otra de las ventajas es que la impresora no se cansa nunca», señala de manera gráfica el bioingeniero Jorcano. 

La magnitud de los números apabulla. Para obtener un metro cuadrado de piel (la mitad de la que cubre un cuerpo humano) son necesarias 250.000.000 de células. El proceso empieza con un trocito de piel del tamaño de un sello, que se obtiene con una biopsia del donante/paciente. Se extraen sus células, unas 10.000, y se cultivan en laboratorio hasta conseguir que se multipliquen y alcancen al menos las 250.000.000, el número necesario para poder fabricar un metro cuadrado de piel. El doble -500 y 600 millones- para poder cubrir el cuerpo entero. El proceso dura dos o tres semanas. 

«Desde el punto de vista terapéutico, el problema está en los grandes quemados, donde los pacientes pierden mucho líquido», así que proteger esa superficie quemada supondría un avance muy importante, subraya el doctor Juan Francisco Cañizo, profesor de la Universidad Complutense de Madrid y jefe de cirugía experimental del Hospital Gregorio Marañón, donde se ha diseñado todo el hardware de esta impresora 3D, en la actualidad en el laboratorio de bioingeniería de la Universidad Carlos III donde se están realizando las últimas pruebas con la máquina y testando la piel. 

El siguiente paso será más largo. Después de conseguir piel la idea que acarician los científicos va encaminada al desarrollo de vasos sanguíneos y nervios, el pack completo de una piel cien por cien humana. Una piel con pelo. «La que producimos ahora no lo tiene. Y queremos conseguir que el vello y el pelo crezcan en esta piel. Pero ésa es otra historia...», se muestra prudente Jorcano. 

«Creemos que seremos capaces, a corto plazo, de producir piel con moléculas importantes como el ácido hialurónico, con diferentes tipos de colágenos y elastina», que le darán una resistencia todavía mayor». El uso clínico, sin embargo, no es el único; existe otro, el de testeo de productos cosméticos, químicos y medicamentos que mueve al año 20.000 millones de dólares en el mundo. «Y nuestra piel -asegura el científico- es ideal para esto ya que podemos producir en varios tipos de piel según las necesidades». 

Los bioingenieros Gonzalo de Aranda y Andrés Montero colocan un par de muestras sobre unos recipientes planos de cristal (placas Petri). Estiran la piel, la levantan, la colocan sobre una de sus manos cubiertas con guantes. Se ve que es elástica, que no se rompe ni se deforma. 

El siguiente paso sería curtirla (como una oblea finísima) en una especie de incubadora calentada a 37 grados centígrados. Piel nueva, creada por una impresora 3D, que podría cubrir un cuerpo. El reto será el de reducir los costes de la producción de la piel para trasplantes, todavía demasiado caro. 

Un equipo de investigadores de la Universidad Carlos III, del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, del Hospital Universitario Gregorio Marañón (Madrid), junto con la firma BioDan Group, han sido los encargados de desarrollar este prototipo de bioimpresora 3D capaz de crear una piel humana completamente funcional. 

El siguiente paso será el de producir apósitos de piel humana congelables para usar en las unidades de urgencia en quemaduras o heridas profundas, que podrían estar en el mercado en 2019.

La bioimpresión 3D consigue un hito histórico: realizar piel humana

Por: Sandro García Sanz     IG:@sandrogarcia95

Los científicos de la Universidad Carlos III (Madrid) y los del Hospital Gregorio Marañón, adscritos al mismo proyecto de investigación denominado CIEMAT (Centro de Investigaciones energéticas, medioambientales y tecnológicas), han conseguido lograr un prototipo de bioimpresora en 3 dimensiones capaz de crear piel humana que puede ser utilizada en aplicaciones médicas: operaciones quirúrgicas y cómo prueba para productos cosméticos, químicos y de farmacia.  La piel puede ser transplantada tras lograr la impresión a pacientes que lo necesiten, llegando a no producir efectos adversos en el organismo o de incompatibilidad de algún tipo.

Bioimpresora 3D para la producción de piel [new.com.au]

Este avance ha sido publicado en la revista de publicaciones científicas Biofabrication , en la cual se puede comprobar cómo han llegado a conseguir este hito.

Uno de sus autores, Jose Luis Jorcano, profesor del departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial, señala que la piel "puede ser transplantada a pacientes o usada desde el punto de vista empresarial en la prueba de productos químicos, cosméticos o farmacéuticos, ya que es producida en cantidades, tiempos y precio perfectamente compatible con estos usos".

Esta piel humana, es uno de los primeros órganos humanos vivos creados por este tipo de mecanismo, que accede directamente al mercado y realiza la estructura natural de la piel de forma exacta, con una primera capa externa, la epidermis con su estrato córneo -que protege contra el medio ambiente- y otra más profunda denominada dermis, integrada de fibroblastos que producen colágeno, proteína que dota de elasticidad a la propia piel y de resistencia mecánica frente a los agentes externos.

En la bioimpresión en tres dimensiones, la clave, son las biotintas, que son utilizadas a través de jeringas con distintos componentes, y controlada a través de un sistema gestionado por ordenador y de manera ordenada para la producción de la piel.

El proceso de producción se puede realizar de dos maneras: piel "alogénica" a partir de una gran cantidad de células en stock, para procesos industriales, y piel "autóloga", creada a partir de las células del paciente, y para ser usada, por ejemplo, en quemaduras.

Las ventajas de este tipo de células son diversas: "No se utiliza el colágeno animal, que logra una piel bioactiva y abarata el proceso respecto a la producción manual", indica Alfredo Bisac, consejero delegado de Biodan Group, empresa de biotecnología que comercializa y colabora con esta tecnología.

Finalmente, este desarrollo se encuentra en fase de aprobación por las instituciones europeas, para garantizar su fiabilidad y su uso médico.

Fuentes: El País CIEMAT Biofabrication- IOPscience 

El futuro de la bioimpresión tridimensional

El reciente estreno de la serie de televisión "Westworld" ha empezado un debate sobre la bioimpresión en un futuro lejano. La serie, muestra un proceso de creación de vida artificial a través de la impresión 3D.

Estos hechos pueden llegar a tener más de realidad que de ciencia ficción en un futuro. Muchas empresas creen que la bioimpresión es el futuro de la medicina. Hoy por hoy podemos llegar a realizar una copia de nosotros mismos en simple plástico pero ¿como cambiaría nuestra concepción de la vida si esa copia fuese biológicamente igual a nosotros?

Un grupo de expertos estadounidenses lograron imprimir con una máquina propia huesos, una oreja y músculos. La empresa Organovo logró imprimir tejidos de hígado, riñón, piel, hueso...

La dificultad  de la bioimpresión está en conseguir que los tejidos sobrevivan. Necesitan conseguir su vascularización creando vasos sanguíneos. Por eso, los cartílagos, los cuales no tienen vasos vasculares, son los primeros tejidos impresos en 3D satisfactoriamente.

Con los órganos tenemos un problema añadido que es el de su variedad de tipos celulares que tiene cada uno. Por ello el corazón, aunque siendo viable, está muy lejos de lo que se podría lograr a corto plazo.

Prácticamente todos coinciden en que el último paso sera el de recrear el funcionamiento del cerebro humano para seguidamente crearlo artificialmente mediante impresión 3D.

Probablemente en un cierto tiempo veamos factible la impresión personalizada de órganos pero la impresión de un individuo completo aun se podría clasificar de ciencia ficción.

A UN PASO DE LOS RIÑONES ARTIFICIALES BIOIMPRESOS 3D

Gracias a la impresión 3D, la Universidad de Harvard ha progresado en el desarrollo de estructuras de riñón a través de la bioimpresión. Han logrado imprimir la arquitectura tubular que imita la función del riñón humano. Los científicos creen que a corto plazo podría ser empleado fuera del cuerpo y ayudar a personas con problemas renales y para probar la toxicidad de los fármacos.

A la hora de crear la arquitectura renal adaptaron la técnica bioprinting o bioimpresión de tejidos gruesos hechos con células vivas. Se utiliza silicona como molde o como capa base. Después se inyecta la biotinta que forma la estructura de los túbulos próximos renales, se deja enfriar y se retira la biotinta dejando un túbulo abierto. Una vez creada la primera estructura se añaden células vivas para que se adhieran en las mucosas del canal abierto, que necesitarán ser alimentadas durante dos meses ya que posteriormente madurarán y tendrán un funcionamiento similar al de los humanos. Los tubos renales que se crean absorben nutrientes y filtran el torrente sanguíneo.

En el siguiente vídeo se muestra el desarrollo de los túbulos proximales.

La investigadora Lewis es un referente en el área de la bioimpresión y del desarrollo de los órganos humanos. “El trabajo actual se expande aún más nuestra plataforma de bioimpresión para crear arquitecturas de tejidos humanos funcionales que tengan una relevancia tecnológica y clínica“, dijo Lewis.

La arquitectura renal impresa en 3D imita la función de un túbulo proximal de los riñones y la réplica podría ser muy similar.

(d) Representación 3D del túbulo contorneado proximal.
(f) Representación 3D del túbulo proximal renal complicada.

Este modelo se podría utilizar para evaluar las opciones de tratamiento del paciente o diagnosticar enfermedades, o cómo afectan los fármacos a la salud y el funcionamiento de nefronas (encargadas de filtrar la sangre) de un riñón.

Los investigadores creen que el enfoque es flexible, escalable y adaptable, y podría ser utilizado en el desarrollo de otros modelos de órganos impresos en 3D. "Nos hemos dirigido inicialmente esta arquitectura renal debido a que el riñón representa una necesidad clínica urgente como en todo el mundo", dijo Lewis.

Fuente: http://www.3dnatives.com/es/harvard-rinones-bioimpresos-13102016/

http://www.technologyreview.es/biomedicina/52063/los-rinones-artificiales-ya-estan-un-poco-mas/

http://www.3ders.org/articles/20161012-harvard-scientists-3d-print-living-kidney-model-a-step-forward-in-building-functional-human-tissues.html

La impresión de dientes en 3D es casi una realidad

Los avances en todas las disciplinas médicas siempre son un motivo de celebración. Gracias al estudio y a la investigación de los profesionales, el mundo prospera aportando soluciones inéditas que mejoran nuestra vida.

En el ámbito de la odontología, la impresión 3D de los dientes o la regeneración de los mismos a partir de células madre son dos ejemplos de ello: grandes avances muy relacionados, que se trasladan al mundo odontológico y significan un gran progreso. Iván Malagón, odontólogo en el ámbito nacional e internacional y especialista en Diseño Digital de Sonrisa, analiza en detalle unas novedosas técnicas que pronto serán una realidad.

IMPRESIÓN 3D

La impresión 3D se ha convertido en una de las tecnologías de mayor proyección de la actualidad. El uso de este tipo de impresoras ya no está limitado al diseño de pequeños objetos, hoy en día numerosas disciplinas han sabido aprovechar todas las ventajas que esta tecnología ofrece, desde la construcción hasta la salud, un campo en el que esta técnica cada vez muestra más avances.

Gracias a su tecnología, estas impresoras se caracterizan por alto grado de personalización y en la medicina esto es clave. Este valor de personalización es donde radica el interés de la industria médica por esta nueva tecnología, especialmente en la odontología, donde la colocación de prótesis dentales es uno de los tratamientos más habituales.

Uso de impresión 3D para la fabricación de coronas dentales: El uso de tecnología 3D, en la gran parte de las clínicas odontológicas se centraba principalmente en el diseño. A través de la tecnología de última generación CAD CAM los odontólogos son capaces de hacer un escaneo rápido, y en tiempo real, de la dentadura del paciente y diseñar a través de su ordenador la prótesis o implante que el paciente necesita. Tras el diseño, el paso siguiente era su fabricación, un proceso completamente artesanal, que en pocos años podría desterrarse. Es una nueva tecnología que imprimir, o mejor dicho, "esculpe", coronas dentales.

En la actualidad muchas clínicas ya han comenzado a implantar la tecnología de impresión 3D, aunque aún esta técnica no está extendida. Estas prótesis, también conocidas como 'puentes dentales', son fijas y se usan para "completar" un diente que se ha roto o sobre un implante para que este, visualmente, tenga la forma de un diente.

El uso de impresoras 3D permite enviar el diseño hasta el aparato que lo esculpe de manera automática en muy poco tiempo. Este aparato es una fresadora de pequeño tamaño que esculpe diferentes materiales aptos para uso odontológico a partir del modelo 3D diseñado por ordenador. Lo que hasta hace unos años era un proceso largo y arduo de visitas al dentista se puede llegar a solucionar en pocas horas ya que el puente puede ser colocado en la boca del paciente después de ser "impreso", sin tener que esperar.

LA FABRICACIÓN DE DIENTES CON IMPRESIÓN 3D

La elaboración de coronas dentales con impresoras 3D en las clínicas odontológicas ya es una realidad, pero la impresión de dientes, todavía es una técnica no utilizada. Numerosas empresas están trabajando para desarrollar impresoras que fabriquen dientes que puedan sustituir a las prótesis dentales clásicas que se fabrican con titanio y se atornillan, a la mandíbula y encima de ello, se coloca otra prótesis para que esta parezca un diente real.

Este proceso, además de largo, es doloroso para el paciente ya que puede tener molestias hasta que se acostumbre a la nueva prótesis. La tecnología 3D permitiría así elaborar piezas dentales personalizadas para el paciente sin necesidad de someterlo a diferentes pruebas hasta dar con la prótesis perfecta. Además de buscar máquinas que consigan fabricar dientes de materiales con una dureza suficiente para poder simular un diente real, también se buscan dientes que, además, incorporen otros beneficios para el paciente.

MOLDES EN 3D PARA REGENERAR DIENTES CON CÉLULAS MADRE

La impresión 3D también se ha utilizado para otro de los avances que analizamos a continuación: la regeneración de dientes a partir de células madre. Un grupo de científicos de la Universidad de Columbia, en Nueva York, han desarrollado una técnica que permite regenerar tejidos con células madre, entre ellos los dientes. Los investigadores se han apoyado en moldes fabricados con impresoras 3D que sirven como guía para el crecimiento de las células. A partir de ese molde se forma el nuevo tejido que, en nueve semanas, da lugar a un nuevo diente.

Actualmente lo único que podemos hacer ante la caída de un diente es recurrir a implantes dentales para suplir su pérdida. Pero, si fuera posible regenerar el diente en lugar de colocar una prótesis dental?, esto sería un gran avance y ahora cada vez es más real. El uso de células madre en las ciencias de la salud es uno de los ámbitos de estudios más utilizado. Los científicos saben su potencial, son un tipo de células no especializadas que tienen la capacidad de diferenciarse en células de muchas partes del cuerpo. Este potencial puede ser utilizado en numerosos ámbitos de la medicina y la odontología es uno de ellos.

"Estos avances suponen que el futuro de que la medicina trabaje con la regeneración al contrario de la reparación. Por ejemplo, un diente con caries será posible volver a crear el esmalte y la dentina que fueron destruidos", apunta el doctor Malagón.

Nuevas técnica que permite regenerar tejidos: El doctor, Jeremy Mao, de la Universidad de Columbia, que citábamos anteriormente ha desarrollado una nueva técnica que permite la regeneración de tejido a través del sistema 3D. Este sistema ayuda a las células madre en su trayectoria a través de un molde tridimensional fabricado con materiales naturales. Una especie de andamio, integrado en el tejido de la mandíbula del paciente, por el que las células madre formarían el nuevo tejido que, en nueve semanas, daría lugar a un nuevo diente artificial.

El diente crecer a partir de un molde 3D: El experimento, fue probado con ratas y mostró que el nuevo diente puede desarrollarse en el hueco de la pieza dental perdida y crece rodeado de los tejidos propios de la mucosa bucal. Esto ayudaría a solucionar uno de los problemas más frecuentes y molestos entre los pacientes que deben llevar implantes: la adaptación del diente insertado. Actualmente los estudios deben seguir avanzando para descubrir cómo conseguir aplicarlo en seres humanos.

"Esta investigación es un ejemplo de cómo la ciencia sigue avanzando al servicio de la salud. Nuevas tecnologías como la impresión 3D o el estudio del aprovechamiento de las células madre, utilizadas en diferentes disciplinas y ámbitos, son un reflejo de cómo los avances científicos solucionan numerosas patologías de manera más eficaz y menos dolorosa y contribuyen al progreso para mejorar la calidad de vida de los pacientes", indica Malagón.

China produce la primera bio-impresora 3D para vasos sanguíneos del mundo

La impresión 3D está ganando terreno cada vez en más industrias, desde la producción de chocolates hasta la construcción de casas. Los científicos de la provincia de Sichuan, en el suroeste de China han anunciado que han completado una misión aún más difícil.

Los órganos artificiales pueden por fin obtener un suministro de sangre. Esta impresora 3D, la primera de su tipo, ha sido inventada por una empresa de biotecnología en la capital de la provincia de Sichuan, Chengdu. El avance, según los científicos, es darse cuanta de la regeneración de los vasos sanguíneos. Su estructura de bio-tinta transporta nutrientes y células madre por los tubos. 

"Contiene células madre, con un ambiente especial que creamos para ellas. Así las células podrían dividirse en las que nosotros necesitemos. Se pueden imprimir múltiples capas de células y cada capa tiene diferentes células que podemos controlar", dijo Kang Yujian, jefe científico de Sichuan Revotek Co. Ltd.

Para mantener vivas las células, el entorno y la temperatura están regulados durante el proceso de impresión. 

"Su importancia radica en que hemos resuelto el problema de los nutrientes que suministran y otros materiales activos. El método también se aplica a la impresión de riñones e hígado", dijo Dai Kerong, miembro de la Academia China de Ingeniería. 

El potencial es enorme según la comunidad científica ya que hace que estemos un paso más cerca de el trasplante de órganos artificiales. 

El requerimiento y la demanda de este tipo de tecnología es totalmente real. En China, 300,000 pacientes tienen urgente necesidad de trasplantes de órganos y solo el tres por ciento reciben una donación. 

http://english.cntv.cn/2015/10/27/VIDE1445894642180889.shtml

Hacia la reconstrucción de tejidos del corazón mediante impresión 3D

Como ya hemos comentado anteriormente, la impresión 3D tiene infinidad de aplicaciones. Actualmente hay demasiada gente esperando trasplantes de corazón. Como la opción de un trasplante real es muy limitada y el tejido cardíaco es incapaz de regenerarse, un equipo de investigadores está desarrollando una forma de crear artificialmente estos tejidos mediante la impresión 3D.

El equipo de Adam Feinberg y TJ Hinton, de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania, Estados Unidos, ha logrado obtener imágenes por resonancia magnética de arterias coronariaas e imágenes en 3D de corazones embrionarios, y bioimprimirlos tridimensionalmente con una resolución y una calidad sin precedentes a partir de materiales muy blandos, como colágenos, alginatos y fibrinas.

Actualmente las impresoras 3D generalmente construyen objetos duros de metal o plástico sobre una superficie rígida, lo que añade una gran limitación si queremos imprimir con materiales blandos o geles, que tendríamos que imprimir en el aire y su estructura e impresión no serían correcta. La nueva técnica utilizada desarrollada consiste en imprimir en una base semilíquida, perimitiendo que el material se sitúe en la capa precisa y posteriormente quitar la base mediante algún método o técnica.

Uno de los mayores avances de esta técnica, llamada FRESH, por las siglas en inglés de "Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels", es que el gel de soporte puede ser fácilmente derretido y retirado al calentarlo a temperatura corporal, lo cual no daña las delicadas moléculas biológicas o células vivas que se imprimen, al menos a juzgar por los experimentos realizados hasta ahora. Como resultado de esto, se está empezando a trabajar en incorporar células cardíacas reales en estructuras de tejidos impresas en 3D.

Debido a su bajo coste y a la utilización de software libre tenemos acceso a ajustar cualquier parámetro de configuración que ha permitido la aceleración y desarrollo de todo el proyecto y en un futuro ayudará a la divulgación de los diseños y su mejora.

El siguiente vídeo es una breve entrevista a uno de los directores del proyecto.