Cuando hablamos de las últimas tecnologías o innovaciones en el cuidado de la salud, la bioimpresión 3D siempre se roba el protagonismo. Y eso también es obvio. La bioimpresión 3D es uno de los mayores regalos de la ciencia a la atención médica.
Con la bioimpresión 3D viene el avance en la ingeniería de tejidos. No solo en el sector de la atención médica, sino que la impresión 3D también se ha destacado en casi todos los campos, incluidos la educación, el arte, la ingeniería, los medicamentos, etc. Hoy en día, las impresoras 3D se utilizan ampliamente para imprimir biomateriales, medicamentos, diseños de mapas, etc.
Aquí te contamos qué es la bioimpresión 3D, su proceso, principios, aplicaciones, ventajas, desventajas y riesgos de seguridad.
Indice
¿Qué es la bioimpresión 3D?
El término bioimpresión 3D en sí mismo tiene su significado. Se compone de tres palabras, 3D significa tridimensional, bio significa relacionado con el cuerpo e impresión significa hacer una copia impresa de algo.
Entonces, la bioimpresión 3D se refiere a la técnica de combinar células, biomateriales y otros factores de crecimiento para fabricar o imprimir una pieza biomédica. Las piezas biomédicas impresas suelen pretender imitar las características de los tejidos naturales.
La bioimpresión 3D funciona según el principio de los depósitos de capas. Las capas de biotintas se depositan unas sobre otras para crear diferentes estructuras similares a tejidos. Las biotintas son las materias primas especiales que se utilizan en la bioimpresión 3D, al igual que las tintas que utilizamos en nuestras impresoras normales.
Actualmente, la bioimpresión está en uso para la impresión de tejidos y órganos. Como estos biomateriales casi imitan los tejidos naturales, resulta rentable estudiar la interacción de diferentes productos químicos
Estos biomateriales ayudan aún más en la invención e investigación de medicamentos y píldoras. Además, en los últimos tiempos, la bioimpresión ha tenido éxito en la impresión de andamios. Ahora, los científicos médicos están trabajando para regenerar ligamentos y articulaciones con la ayuda de estos andamios.
Proceso
Todo el proceso de bioimpresión 3D implica tres pasos principales. Al igual que cualquier otro proyecto importante, el proceso se divide en preprocesamiento, procesamiento interno y procesamiento posterior. Aquí están los breves detalles de los tres pasos.
Pre-bioimpresión
Es el paso básico de la impresión 3D. Implica la creación de un modelo y la selección de materias primas a utilizar. El primer paso es decidir el marco o estructura 3D que se debe imprimir.
Posteriormente, se prepara la biopsia de un órgano o tejido en particular. Una vez hecho esto, las imágenes 2D se envían a las impresoras. Al final, mediante la reconstrucción tomográfica, es decir, el enfoque capa por capa, se asignan las tareas a las impresoras 3D.
Métodos utilizados en la pre-bioimpresión:
- Tomografía computarizada (TC)
- Imágenes por resonancia magnética (IRM)
- Reconstrucción tomográfica (TR)
Bioimpresión
Es el paso principal en cualquier tipo de impresión 3D. En este paso, las biotintas se colocan en el cartucho de la impresora. Los biotintas se pueden definir como una mezcla líquida de células, nutrientes y matriz. Usando un enfoque capa por capa, los biomateriales se imprimen en 3 dimensiones. Aquí, los pretejidos bioimpresos se transfieren a la incubadora, donde maduran hasta convertirse en tejido sano.
En los últimos tiempos, la bioimpresión 3D ha impreso órganos artificiales como riñones e hígados. Aunque similares a los órganos naturales, estos órganos carecen de algunos elementos cruciales.
Métodos utilizados en bioimpresión 3D:
- Fotolitografía
- Bioimpresión 3D magnética
- Estereolitografía
- Extrusión celular directa
Post-bioimpresión
Este es el último paso en el proceso de bioimpresión. Es necesario crear una estructura estable a partir de biomateriales impresos. Este proceso funciona para mantener la integridad mecánica y la función del objeto impreso en 3D.
También ayuda a disminuir el riesgo de tejidos y órganos artificiales. El proceso implica el uso de biorreactores. Los biorreactores funcionan para proporcionar un transporte de nutrientes por convección a través de las células.
También crean el entorno de microgravedad y las condiciones ambientales adecuadas para garantizar el correcto funcionamiento de las células. Existen diferentes tipos de biorreactores para los diferentes tipos de tejido. Por ejemplo, se prefieren biorreactores de compresión para tejidos de cartílago.
A menudo, surge una pregunta, qué tipo de impresoras se utilizan en la impresión 3D. Bueno, tenemos tu respuesta. Las impresoras basadas en extrusión se utilizan en la impresión 3D. Estas impresoras funcionan según el principio de extrusión de un flujo continuo de materia prima líquida a través de un orificio.
Se utilizan diferentes tipos de impresoras dependiendo de la naturaleza de las materias primas. Tres tipos de impresoras basadas en extrusión son:
- Accionado neumáticamente
- Impulsado por pistón
- Atornillado
Principios
Los enfoques de la bioimpresión 3D ayudan a decidir los objetivos o metas de la bioimpresión. También decide el punto de referencia de los productos o resultados finales. Tres enfoques u objetivos básicos de la impresión 3D son los siguientes:
Biomimética
El objetivo básico de la biomimética es crear biomateriales artificiales que sean idénticos a sus contrapartes naturales. Es esencial tanto para los tejidos intracelulares como para los extracelulares. Requiere la duplicación de forma, microambiente y estructura de órganos o tejidos naturales.
Automontaje autónomo
Este enfoque se centra en el desarrollo de biomaterial impreso. Trabaja en el proceso de desarrollo de órganos embrionarios para replicar los tejidos requeridos.
Mini tejido
El minitejido de enfoque final es una combinación de los otros dos enfoques. En la bioimpresión 3D, los biomateriales se imprimen en estructuras básicas como los tejidos. El mini tejido trabaja en estas estructuras básicas y las convierte en marcos más grandes.
Aplicaciones
En las últimas décadas, la bioimpresión 3D ha servido para varios propósitos para la humanidad. Las siguientes son las aplicaciones importantes de la bioimpresión 3D.
Reconstrucción de tejidos corporales
Esta es la aplicación básica de la bioimpresión 3D. Sirvió como bloque de construcción para usos posteriores. La bioimpresión 3D ayuda a reconstruir tejidos biológicos vitales.
Órganos para trasplantes
Como la bioimpresión 3D puede reconstruir diferentes tipos de tejidos corporales. Estos tejidos generados cuentan con un entorno adecuado para replicarse más y formar órganos. Proporcionando así órganos artificiales con características naturales para trasplantes y cirugías.
Estudio de caso: Hace algunos años, a un paciente infantil con una enfermedad respiratoria llamada traqueobroncomalacia se le colocó una férula traqueal. Se dice que la férula traqueal es un producto de bioimpresión 3D. La operación fue exitosa y el bebé se salvó.
Es por eso que la bioimpresión 3D se considera una bendición para el sector de la salud.
Órganos para la investigación
La bioimpresión 3D ha logrado crear biomateriales y órganos. Por lo tanto, trae una nueva era de investigación clínica. Los órganos se utilizan para estudiar la respuesta y las interacciones entre el fármaco y el órgano.
Por ejemplo, en 2019, investigadores israelíes construyeron con éxito un corazón del tamaño de un conejo a partir de células humanas.
Ventajas
El descubrimiento de la bioimpresión 3D es en sí mismo un logro para la humanidad. Las principales ventajas de la impresión 3D se enumeran a continuación:
Una alternativa para suplir la escasez de órganos
Solo en los EE. UU., más de 10,000 personas están esperando su trasplante de órganos. Adivina, las estadísticas del mundo! Todo el globo se está quedando sin órganos. Aunque hay donaciones, la oferta aún no satisface la demanda.
Si se realiza una mejora en el campo de la impresión 3D, definitivamente se puede llenar este vacío entre la oferta y la demanda. Además, esto salvará a un millón de personas del riesgo. También ha reducido el tiempo de espera de los pacientes trasplantados de órganos.
Enfoque rentable
Para el sector farmacéutico y clínico, la bioimpresión 3D es nada menos que un milagro. Trabajar e investigar sobre órganos naturales cuesta una enorme cantidad de dinero.
La escasez de órganos también es un factor importante para esto. Pero los órganos impresos en 3D tienen un coste bajo en comparación con los órganos naturales. Por lo tanto, la bioimpresión 3D es un enfoque rentable en el cuidado de la salud.
Más práctico y preciso
Todo el proceso de bioimpresión 3D es más rápido y preciso que los sistemas tradicionales anteriores.
Disminución de la matanza de animales
La experimentación con animales ha disminuido con el uso de la bioimpresión 3D. También se ha reducido el número de animales sacrificados anualmente para servir en estudios y ensayos clínicos. Indirectamente, esta tecnología está protegiendo nuestro ecosistema.
Inconvenientes
Donde hay un pro, también hay un contra. Sin embargo, solo hay algunas desventajas de la bioimpresión 3D en comparación con sus ventajas. La bioimpresión 3D puede alcanzar su cénit mejorando los siguientes factores:
Necesidad de biotintas de baja viscosidad
Se requieren más variedades de biotintas de baja viscosidad para resultados más efectivos.
Emisión de productos químicos nocivos
Hay una emisión de productos químicos nocivos durante el proceso de bioimpresión.
Dudas de precisión en la colocación de gotas
La falta de precisión en la colocación y el tamaño de las gotas es uno de los principales inconvenientes de la bioimpresión 3D.
La bioimpresión 3D ya ha encabezado la lista de las últimas tecnologías en el cuidado de la salud. Con algunas mejoras, se pueden cubrir sus inconvenientes. Al disminuir el riesgo y el miedo a la vida, la bioimpresión 3D está mejorando la salud mundial.
Los científicos necesitan buscar alternativas para hacer que esta tecnología sea más factible y sostenible. Una vez superados los grandes obstáculos que se interpongan en su camino, la bioimpresión 3D marcará un referente en el sector sanitario.
Riesgos de seguridad
Como todas las nuevas tecnologías, la bioimpresión 3D también se enfrenta a riesgos de seguridad. Estos son los principales:
Infracción de derechos de autor
Los archivos CAD que infringen patentes y derechos de diseño ya están comenzando a aparecer en Internet. Es probable que la piratería de archivos de diseño digital esté muy extendida y sea difícil de vigilar. Las empresas deberán asegurarse contra este riesgo y encontrar formas innovadoras de proteger la propiedad intelectual.
Cadena de suministro comprometida
Los archivos CAD ampliamente disponibles significan que las piezas comprometidas podrían ingresar a la cadena de suministro. Incluso si una empresa no utiliza la impresión 3D en sus propias operaciones, aún corre el riesgo de fabricar productos con componentes impresos en 3D defectuosos o inseguros, y de ser responsable de los daños resultantes.
Exposición a partículas ultrafinas (UFP)
Las impresoras sin la ventilación adecuada pueden exponer a los usuarios a las UFP que se liberan durante el proceso de impresión. Las UFP inhaladas pueden causar efectos adversos para la salud, incluido un mayor riesgo de asma, enfermedades cardíacas y accidentes cerebrovasculares.
Seguridad pública mundial
En la actualidad, no existe ninguna legislación que regule la impresión 3D, por lo que cualquier persona, en cualquier lugar, puede descargar cualquier cosa. En 2012, Defense Distributed, una empresa con sede en los Estados Unidos, creó un archivo CAD para un arma imprimible en 3D. Poco después, el Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. pidió que se retirara el archivo, pero no antes de que más de 100.000 personas lo descargaran en lugares tan lejanos como Alemania, España y Brasil. Hay más oportunidades de obtener productos prohibidos con la impresión 3D.
Como cualquier tecnología, la impresión 3D no está exenta de riesgos, muchos de los cuales aún no se han descubierto. A pesar de estos riesgos, las empresas buscan tecnología de impresión 3D para repensar los procesos y mejorar las operaciones comerciales.
Los expertos de la industria predicen que la impresión 3D transformará la fabricación tal como la conocemos. Emocionantes proyectos como la reconstrucción de arrecifes de coral, el cultivo de órganos funcionales y partes del cuerpo y la replicación de artefactos de valor incalculable para el estudio científico seguirán captando la atención del público y fomentando una mayor innovación.
Propiedad intelectual: ¿Quién posee y se beneficia de un producto bioimpreso?
El proceso de producción de un órgano o tejido bioimpreso en 3D es increíblemente complejo y utiliza métodos desarrollados por muchas personas diferentes para convertir una idea en un producto vivo y funcional. Aunque el campo de la impresión 3D en su conjunto se basa en gran medida en datos y diseños de acceso abierto, la cuestión de quién es el propietario de los resultados tiene implicaciones legales y monetarias con respecto a la regulación y las patentes, incluso antes de que los productos bioimpresos se venden a los pacientes.
Para lograr un equilibrio entre el acceso abierto completo para que los pacientes promuevan la accesibilidad y el uso restringido con sólidas protecciones legales para que las empresas promuevan la innovación, una revisión reciente de la ley considera que permitiríamos patentes sobre el proceso de bioimpresión pero no sobre los productos finales reales. El campo tiene el potencial de convertirse en una industria multimillonaria, por lo que decidir cómo patentar adecuadamente esta tecnología podría influir en gran medida en cómo se desarrolla el campo y cuánto acceso tendrán los pacientes y consumidores.
Además, los dispositivos médicos, como los órganos impresos, no encajan fácilmente en nuestro sistema existente de ensayos clínicos, por lo que es posible que los científicos deban desarrollar un nuevo sistema de ensayos preclínicos y clínicos para probar la seguridad en humanos de la bioimpresión. A medida que la tecnología mejore, es probable que los científicos también desarrollen más formas de personalizar los órganos bioimpresos, lo que lleva a cuestionar aún más la idea de quién “posee” legalmente y se beneficia de algo que está impreso con material vivo.
Además, si las células se toman de un donante en lugar de directamente del paciente, se solicitarán protecciones para mantener la privacidad de la información genética de identificación y garantizar el consentimiento informado adecuado de los donantes (es decir, que los donantes sepan exactamente para qué se utilizarán las células donadas). Los científicos no responderán preguntas legales y económicas como estas por sí solos, por lo que se requerirán colaboraciones entre científicos, formuladores de políticas, abogados y más para abordar completamente estos problemas.
La ciencia es desordenada y complicada, no solo porque la vida misma es sumamente compleja, sino también porque la ciencia es inseparable de cómo interactuamos con ella como sociedad. La bioimpresión es un excelente ejemplo de tecnología que afecta a la humanidad y viceversa. Para aprovechar al máximo los beneficios de la bioimpresión, debemos tener conversaciones ahora sobre cuándo es ético y mejorar usar la tecnología y quién realmente se beneficia de ella, tanto médica como económicamente.