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 

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.

IMPRESIÓN HUESOS 3D

   Cómo ya es sabido, la impresión 3D y sus múltiples funcionalidades y usos se encuentran a la orden del día en lo que al ámbito profesional se refiere, así como su creciente y exponencial implicación y relación con, cada día más, diversos sectores.

   Para empezar, se ha de saber que la impresión 3D supone el aglutinamiento de capacidades de diversas tecnologías de fabricación por adición, mediante las cuales se crea un objeto tridimensional superponiendo numerosas capas de material. Así mismo, existe una amplia variedad de materiales que son óptimos para su uso en esta tecnología.

   Recientemente, grupos específicos de investigadores han desarrollado lo que se podría llamar bioimpresión 3D. Se podría decir que el fin es la creación de material biológico mediante la tecnología de impresión anteriormente descrita. Pues bien, ciertos investigadores pertenecientes a la Escuela de Ingeniería Industrial de Vigo (EEI) con la colaboración de personal del Barts and The London School of Medicine and Dentistry, lo que han perseguido ha sido la creación de huesos mediante bioimpresión. 

   
   Para la consecución de tal logro, los investigadores combinaron vidrio bioactivo con el principal componente que se encuentra en los huesos humanos, fosfato clásico, vamos, que se podría decir que lo que han logrado es "hacer un hueso a partir de otro hueso", como si de una especie de proceso de clonación se tratase. Cabe destacar que, además de lo novedoso de este hito, ha sido la primera vez que se realiza una impresora 3D adaptada a tal fin y que logra imprimir el producto deseado (huesos) con la forma y formato que se desee.

   Por otra parte, y refiriéndome al ámbito de la implantología, es sabido que se han realizado y se realizan prótesis de distintos materiales: metálicos (titanio (Ti) y aleaciones titanio-aluminio (Ti - 6 Al -4 V), cerámicos y/o recubrimientos de porcelana (Al2 O3 ó alúmina), poliméricos (politetrafluoroetileno o PTFE, teflón expandido o EPTFE) y/o el uso de otros materiales (uso del carbono (C) y sus compuestos (SiC)); pero, a lo largo de los años y de sus usos, se ha visto que siempre existe un porcentaje (por pequeño que sea) de rechazo a los mismos. Con la solución propuesta de bioimpresión 3D, haciendo que "un hueso sea creado a partir de otro", hace que el nivel de rechazo sea mucho menor (aunque, en menor medida, aún esté presente).

   Así mismo, el implante nacido de la mencionada metodología de impresión, carece de cualquier tipo de toxicidad, siendo y resultando válido tanto a 
nivel físico como químico. Dicho esto, y una vez realizado el implante, este será reabsorbido por el organismo a medida que el nuevo hueso crece, produciéndose la adhesión de las células a los biomateriales, es decir, se permitiría el crecimiento del hueso y que éste sea absorbido de forma gradual durante el proceso de regeneración, dando lugar a algo insólito que sería la creación de implantes personalizados y totalmente acordes a cada paciente.

   Así pues, según los autores del desarrollo de este tipo de aplicación, podría ser una solución muy útil para zonas en las que resultaría difícil colocar implantes metálicos, además, por supuesto, de superar los anteriores problemas de compatibilidad/rechazo.

     Para finalizar, es lógico comentar que, al menos por el momento, este tipo de investigación se encuentra en fases tempranas de desarrollo y evolución, ya que, según el hueso o las funciones que realice éste, el nuevo hueso creado a partir de bioimpresión no alcanza los niveles de resistencia a rotura de los huesos y/o prótesis/implantes realizados en titanio (Ti).

   Tal y como podéis ver, la impresión 3D ofrece soluciones y recursos practicamente ilimitados, al menos, en fases de diseño y modelado, siendo ya una solución practicable a la rotura o ausencia de un hueso. En referencia a esto último, os dejo un vídeo-noticia que os resultará interesante y que pone de manifiesto la aplicación de la tecnología de impresión 3D de huesos:

   

El hombre que quiere curar el cáncer imprimiendo virus

Andrew Hessel es un hombre ambicioso, especializado en microbiología y genética, ha trabajado continuamente en la vanguardia de la genómica para leer y comprender cuestiones bacterianas, humanas y de otro tipo.

Se propone curar el cáncer antes que las grandes empresas farmacéuticas: detectando primero virus capaces de matar sólo las células tumorales y fabricarlos después artificialmente en un laboratorio con la ayuda de una impresora 3D. «Se llaman virus oncolíticos y los científicos experimentan con ellos desde hace décadas», explica.

«Son patógenos muy débiles que infectan las células cancerosas y dejan intactas las células sanas. Algunas empresas empiezan a aprovecharlos con éxito en algunos ensayos clínicos. Lo que nadie ha logrado es diseñar esos virus en un ordenador y fabricarlos a la medida de cada paciente». 

Hessel apuesta por la biología sintética, cree que la tecnología biológica con el tiempo se impondrá como motor económico y factor de cambio social.

Las técnicas actuales, la naturaleza de la quimioterapia, mata por igual a las células sanas y a las cancerosas y provoca en el enfermo un sinfín de efectos secundarios. «Es como arrojar una bomba nuclear sobre Nueva York para acabar con una banda de delincuentes», explica Hessel. «Estoy seguro de que podemos dar con un método mejor».

Lanzar al mercado nuevos fármacos es un proceso tortuoso que requiere décadas de ensayos clínicos y el visto bueno de las autoridades. Por eso Hessel no aspira a comercializar medicinas, sino a diseñar soluciones concebidas a la medida de cada paciente con la ayuda de los avances de la ingeniería genética y del poder creciente de la computación. 

A continuación se pueden ver virus fabricados por Andrew Hessel en su laboratorio con AUTODESK.

«Primero extraeríamos una muestra de las células tumorales de una persona y después adaptaríamos los virus hasta desarrollar una terapia capaz de eliminarlas de un modo seguro», explica. «Sólo entonces inocularíamos los virus en esa persona. Al principio el tratamiento será gratuito para aquellos enfermos que quieran someterse a él. Pero mi objetivo es crear un modelo de suscripción en el que el cliente pague una pequeña cuota anual a cambio de tener acceso a la terapia cuando le detecten un tumor».

Hessel dirige el departamento de nanotecnología de la empresa californiana Autodesk. Puede observarse a continuación la impresora 3D para fabricar virus:

El objetivo de Hessel es atraer a jóvenes científicos que han empezado a experimentar con la ingeniería genética y que forman una especie de comunidad global.

Unos 600 inversores apoyan por ahora el proyecto de Hessel, que asegura que diseñar los virus que necesita para curar el cáncer apenas cuesta unos 730 euros y que será cada vez más barato y más sencillo por el poderío creciente de los ordenadores, que se duplica cada 18 meses según las premisas de la Ley de Moore. 

El científico está seguro de que sus ideas dinamitarán el modelo de negocio de las farmacéuticas y ayudarán a curar tumores mortíferos.

Una impresora 3D y 75 euros para cambiar la vida de miles de personas

La impresión en 3D es una de las tecnologías sobre las que más altas tenemos las expectativas. Se supone que están llamadas a revolucionar los procesos industriales tales como los conocemos hoy en día, y su potencial ya se puede vislumbrar hoy. Las nuevas generaciones de impresoras 3D están a punto de ser liberadas de sus patentes, lo que supondrá una generalización de su uso.

De momento, se emplean para acelerar procesos de prototipado y los profesionales de la ingeniería y la arquitectura pueden emplearlas para la planificación de sus proyectos. También los emplean los cirujanos antes de una operación, para crear modelos de los procedimientos que van a seguir, y sus usos creativos y artísticos son incontables. Algunos, sin embargo, advierten del peligro de esta tecnología: en teoría, permitiría replicar llaves en cuestión de minutos, a partir de una simple foto.

Las noticias sobre impresión 3D se suceden, eso es innegable. Y a pesar de ello aún hay muchos que dudan sobre cuál será su utilidad real para el ciudadano de a pie, si es que llega a tenerla algún día. Un proyecto puesto en marcha en los últimos meses ya se la ha encontrado. Se llama Proyecto Daniel, y está fabricando prótesis ortopédicas por unos 100 dólares (menos de 75 euros) para las víctimas de la guerra de Sudán.

Daniel Omar, un adolescente más víctima de la guerra

Todo comenzó con un reportaje publicado en la revista Time en abril de 2012. Uno de los protagonistas de la historia era Daniel Omar, un adolescente sudanés de 14. El joven contaba cómo hacía un mes, se había convertido en una víctima de la guerra de su país, y lo sería para toda la vida: mientras se encontraba cuidando las vacas de su familia en la zona de las montañas de Nuba, al sur de Sudán, una región azotada por la guerra, una bomba lanzada por el ejército le había dejado sin ambas manos.

Project Daniel(video)

“Oí el ruido del avión, así que me tumbé en el suelo. Después escuché cómo lanzaba la bomba, así que me levanté de un salto, corrí, me escondí tras un árbol y me abracé a él con los brazos”, contaba el chaval en el reportaje. El árbol protegió el cuerpo de Daniel, pero no sus manos. Desde entonces, y una vez superada la estancia en el hospital y el peligro para su vida, el día a día del joven no había vuelto a ser igual. Ya no podía hacer solo cosas tan simples como vestirse o comer. Se calcula que 50.000 personas en todo el país han sufrido amputaciones similares.

A miles de kilómetros del desabastecido hospital donde Daniel recibía tratamiento, en California, Mick Ebeling leía su historia. Ebeling es el fundador de Not Impossible Lab, una fundación sin ánimo de lucro que trabaja por utilizar la tecnología más puntera para crear soluciones low cost y sin patentes para problemas relacionados con la atención médica y la salud.

“Leí el artículo de Time sobre él y tuve que ayudar”, dice Ebeling. El fin estaba claro: devolverle a Daniel la autonomía y la dignidad en la medida de lo posible. El medio: la impresión 3D. Era tan sencillo como fabricarle nuevas manos, ¿no?

Diseños libres, impresoras y asesoramiento médico

Sí, desde luego, pero el proceso tiene su miga. Para hacerlo posible, Ebeling reunió a un equipo de expertos tanto el ortopedia como en impresión 3D, además de entusiastas del código abierto y las soluciones libres de patentes y otras limitaciones.

Uno de ellos fue Richard Van As, un carpintero sudafricano que sufrió un accidente en 2011 en el que perdió los dedos de su mano derecha. Cuando se recuperó, comenzó a investigar la forma de conseguir una prótesis que le ayudase a manejarse mejor sin los dedos amputados, pero descubrió que “son principalmente las corporaciones de América las que tienen las patentes que podrían haberme restaurado los dedos, pero son excesivamente caras”, explica.

De forma que decidió diseñar su propia prótesis, que bautizó como Robohand y que se puede imprimir y adaptar según las necesidades a partir de las instrucciones publicadas en su página web.

Printrbot, una compañía dedicada a la impresión 3D, aportó el equipamiento necesario al proyecto, así como el conocimiento sobre esta técnica para lograr los mejores resultados. “Me gusta porque le da una utilidad muy real a algo que para muchos solo es un juguete. Cómo no iba a apuntarme, cuando se trata de un proyecto con un objetivo tan importante”, explica Brook Drumm, creador de Printrbot.

Por último, Ebeling necesitaba un doctor que supervisase el proyecto para asegurar su idoneidad y utilidad para los pacientes. Ese fue el papel de David Putrino, fisioterapeuta especializado en la neurociencia del control de la motricidad. Suya era la tarea de controlar que las prótesis “no solo tuviesen el potencial para funcionar sino también que eran fáciles de utilizar por parte de los pacientes y cómodas de llevar”.

Una prótesis funcional por menos de 75 euros

Ebeling tenía así el diseño, los medios y el asesoramiento médico necesario. Consiguió el respaldo económico de Intel y Precipart y despegó hacia África el pasado 16 de noviembre. “Aterricé en Sudán con impresoras 3D, portátiles, piezas de plástico y el objetivo de imprimir un brazo para Daniel”.

Desde luego, resulta tosca y poco controlable en comparación con lo que los médicos de los países más desarrollados pueden conseguir cuando cuentan con abundantes medios técnicos y económicos, pero este brazo robótico ayudó al adolescente a comer solo por primera vez en meses, lo que ya supone todo un éxito

Ebeling estableció su laboratorio en el hospital local, y en unos cuantos días, Daniel recibió la primera versión de su prótesis. Desde luego, resulta tosca y poco controlable en comparación con lo que los médicos de los países más desarrollados pueden conseguir cuando cuentan con abundantes medios técnicos y económicos, pero este brazo robótico ayudó al adolescente a comer solo por primera vez en meses, lo que ya supone todo un éxito, y su reducido coste (en total, unos 100 dólares) lo hace accesible a mucha más gente con recursos muy limitados.

Porque el objetivo del proyecto no es solo ayudar a Daniel Omar, sino a muchos más que, como él, han perdido algún miembro como consecuencia de una guerra que dura ya años. Y parece que va por buen camino.

Ebeling y su equipo han enseñado a los técnicos del hospital cómo funcionan las impresoras 3D y los programas de diseño, así como a ajustar las prótesis según las necesidades de cada paciente para que ellos mismos continúen fabricándolas. A un ritmo lento pero constante ya lo están haciendo, y esperan conseguir financiación para instalar más de estos laboratorios en otros hospitales de la región. “Esperamos niños y adultos en otras zonas de África y de otros continentes puedan utilizar el potencial de esta tecnología para crear nuevas oportunidades”.

Reconstruyen el rostro a un joven mediante impresión 3D.

  

     Un grupo de cirujanos del hospital Morriston de Swansea (Gales) ha hecho una operación histórica al recomponer la cara desfigurada de un paciente a partir de partes construidas con técnicas de impresión 3D. El paciente de 29 años, llamado Stephen Power, había sobrevivido a un grave accidente de moto en 2012 que le había causado traumatismos múltiples y que le obligó a pasar cuatro meses internado en un hospital de Cardiff.

    La operación duró ocho horas y ha sido una de las primeras del mundo en utilizar técnicas de impresión en 3D en todas las etapas médicas del procedimiento, según ha informado The Telegraph. Los médicos tuvieron que romper los pómulos del paciente, que ya se encontraban de por sí descompuestos por el accidente, para poder reconstruir el rostro.

    Para ello los cirujanos usaron imágenes en 3D que escanearon de la cara de Power para diseñar las guías por donde cortar y colocar los huesos, así como láminas para sujetar estos. Todos los modelos, junto con las guías e implantes de titanio, fueron producidos con una impresora 3D.

   "Cortar los huesos rotos en varios fragmentos y recolocarlos en la posición correcta fue un  ejercicio tridimensional complejo", dijo uno de los médicos, Adrian Sugar. "Había que planear el proceso en tres dimensiones y por eso decidimos utilizar la impresión en 3D, que finalmente tuvo éxito", añadió.

    El paciente tiene ahora las heridas de la cara "bastante bien" a excepción de su mejilla izquierda y la cuenca del ojo. "Las fracturas están solventadas pero en la zona del ojo izquierdo no quisimos ir más lejos porque su oftalmólogo temía que dañase su vista", explicó Sugar.