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2 de Octubre de 2020
Medicina Regenerativa

Impresión tridimensional dentro del organismo para reparar úlceras de estómago

La bioimpresión in vivo también podría ayudar a corregir hernias y tratar la infertilidad.

El microrrobot bioimpresor deposita células humanas vivas en una placa de laboratorio dentro de un modelo de estómago de plástico transparente. [Wenxiang Zhao]

Una de cada ocho personas en el mundo sufre úlceras de estómago u otras heridas gástricas, pero las terapias convencionales habituales presentan inconvenientes. Con el objeto de tratar estos problemas, la comunidad científica explora ahora una nueva frontera de la impresión 3D: depositar células vivas directamente en el interior del cuerpo humano.

Del mismo modo que las impresoras 3D aplican capas de material para crear estructuras, las bioimpresoras extruyen células vivas para producir tejidos y órganos. Una aplicación anhelada de esta idea es que en el futuro las personas en lista de espera para trasplante de órganos (casi 70.000 solo en Estados Unidos, según la entidad sin fines de lucro United Network for Organ Sharing) tengan la opción de recibir un órgano bioimpreso. Aunque probablemente se tarde muchos años en lograr la capacidad de producir con esta técnica un corazón o un riñón funcional, un objetivo realista a corto plazo es la bioimpresión de estructuras más simples, como injertos óseos. Sin embargo, los tejidos vivos impresos fuera del organismo seguirían precisando una intervención quirúrgica de implantación, a menudo con grandes incisiones que aumentan el riesgo de infección y alargan el tiempo de recuperación.

¿Y si los médicos pudieran imprimir células directamente dentro del cuerpo? La idea sería servirse de las técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas actuales para insertar herramientas de impresión 3D en los pacientes a través de pequeñas incisiones y luego depositar nuevos tejidos. Entre las posibles aplicaciones de esta «bioimpresión in vivo» se encontrarían las mallas quirúrgicas para reparación de hernias y las prótesis de ovario para solucionar la infertilidad.

Gran parte de la investigación previa sobre bioimpresión in vivo se ha centrado en tratamientos de la piel y otros tejidos externos del cuerpo, puesto que el equipo necesario suele ser demasiado grande para acceder al tubo digestivo y a otros órganos internos sin una operación de considerable entidad. Con objeto de tratar lesiones gástricas de forma menos agresiva, científicos chinos deseaban desarrollar una bioimpresora robótica en miniatura que pudiera penetrar en el cuerpo humano con relativa facilidad. Con este objeto, emplearon técnicas existentes para la producción de ingenios electrónicos dotados de gran destreza, como abejas mecánicas y robots inspirados en las cucarachas, tal y como señala el autor senior del estudio, Tao Xu, bioingeniero de la Universidad de Tsinghua en Beijing.

El microrrobot que han creado mide tan solo 30 milímetros de ancho (menos de la mitad de la anchura de una tarjeta de crédito) y, plegado, 43 milímetros de largo. Ya dentro del organismo del paciente, se despliega hasta alcanzar los 59 milímetros de longitud y queda listo para comenzar a bioimprimir. «El equipo ha diseñado ingeniosos mecanismos que posibilitan un sistema compacto para penetrar en el cuerpo y, una vez superadas las estrechas restricciones de la entrada, se despliega para abarcar una gran área de trabajo», explica David Hoelzle, ingeniero mecánico de la Universidad Estatal de Ohio, que no participó en el estudio.

En sus experimentos, los investigadores chinos acoplaron el microrrobot a un endoscopio (un tubo largo que se inserta a través de los orificios corporales) y lo introdujeron con éxito a lo largo de un conducto curvo en un modelo de estómago de plástico transparente. Llegado a su destino, lo emplearon para imprimir geles cargados con células epiteliales y musculares de estómago humano (cultivadas previamente en un laboratorio comercial) en una placa de Petri. Las células impresas mantuvieron su viabilidad y proliferaron de manera constante a lo largo de 10 días. «Este estudio es el primer intento de combinar microrrobots y bioimpresión», añade Xu.

Los autores señalan que los tratamientos convencionales de las lesiones gástricas consisten en medicamentos, cuya acción es lenta y no siempre eficaz; cirugía endoscópica, que solo es capaz de reparar heridas relativamente pequeñas; y aerosoles administrados mediante endoscopia, que detienen la hemorragia pero son poco útiles con miras a la cicatrización completa de una lesión mayor. Según indica Xu, la esperanza es que la bioimpresión in vivo logre con el tiempo perfeccionar estos métodos, al aplicar sobre las lesiones gástricas unas estructuras vivas que las reparen.

«Futuras investigaciones podrían reducir la anchura del microrrobot a 12 milímetros y equiparlo con cámaras y otros sensores que lo habiliten para ejecutar operaciones más complejas», añade Xu. Él y el autor principal del estudio, Wenxiang Zhao, de la Universidad de Tsinghua, detallaron sus hallazgos este verano en Biofabrication.

Xu y su grupo observaron que los geles que empleaban como «tinta» de bioimpresión solo permanecían estables si estaban relativamente fríos. A temperaturas corporales normales, eran demasiado líquidos para formar bien las estructuras. Además, la solución de cloruro de calcio que añadieron para facilitar la solidificación de los geles podría resultar lesiva para el organismo humano. Pero otro gel, desarrollado recientemente de forma independiente por Hoelzle y sus colaboradores, podría resolver estos problemas: mantiene su forma a la temperatura corporal y se solidifica con luz visible.

Una dificultad de la bioimpresión es la manera de unir eficazmente las células impresas a los órganos y tejidos blandos existentes. Hoelzle y su equipo pusieron a prueba una posible solución tratando de «curar» pinchazos en materiales de textura similar, como tiras de pechuga de pollo cruda. En primer lugar, la boquilla de la impresora 3D depositó una diminuta clavija de biotinta en la punción, para crear un ancla que conectara el tejido perforado con una estructura bioimpresa. A continuación, retiraron lentamente la boquilla, arrastrando tras de sí una hebra de material que permitiría depositar más células en el exterior del tejido. «Este trabajo es esclarecedor», comenta Xu, que asegura que estos métodos contribuirán al avance de la bioimpresión in vivo.

En opinión de Hoelzle, es probable que esta técnica nunca llegue a ser capaz de imprimir órganos complejos. En cambio, quizá sirva para potenciar las intervenciones quirúrgicas tradicionales mediante estructuras impresas relativamente sencillas que liberen medicamentos para estimular la cicatrización o prevenir infecciones. «Los materiales obtenidos mediante ingeniería de tejidos ofrecen muchas posibilidades... que no se plantean en la actualidad porque nadie querría abrir al paciente para suministrar el producto», sostiene Hoelzle.

Charles Q. Choi

Referencia: «Preliminary engineering for in situ in vivo bioprinting: a novel micro bioprinting platform for in situ in vivo bioprinting at a gastric wound site», de W. Zhao et al., en Biofabrication, publicado el 12 de agosto de 2020.

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