Mediante el uso de una sofisticada impresora 3D diseñada a medida, científicos de medicina regenerativa del Wake Forest Baptist Medical Center, en Estados Unidos, demostraron que es factible imprimir estructuras de tejido vivo para reemplazar tejido lesionado o enfermo en pacientes.
En un informe en la revista Nature Biotechnology, los autores explican que imprimieron estructuras de oído, huesos y músculos y cuando las implantaron en los animales, éstas maduraron en tejido funcional y desarrollaron un sistema de vasos sanguíneos. Lo más importante es que estos primeros resultados indican que las estructuras tienen el tamaño, la fuerza y la función adecuados para uso en seres humanos.
"Esta nueva impresora de órganos y tejidos es un avance importante en nuestra búsqueda para hacer tejidos de reemplazo para los pacientes", afirma Anthony Atala, director del Instituto de Medicina Regenerativa de Wake Forest (WFIRM, por sus siglas en inglés) y autor principal del estudio. "Se puede fabricar tejido estable a escala humana de cualquier forma. Con un mayor desarrollo, esta tecnología podría emplearse para imprimir estructuras de tejidos y órganos vivos para la implantación quirúrgica", añade.
Con la financiación del Instituto de Medicina Regenerativa de las Fuerzas Armadas de Estados Unidos, un esfuerzo con fondos federales para aplicar la medicina regenerativa a heridas de guerra, el equipo de Atala quiere implantar tejido muscular, cartílago y hueso 'bioimpresos' en pacientes en el futuro.
La ingeniería tisular es una ciencia que tiene como objetivo hacer crecer tejidos y órganos de reemplazo en el laboratorio para ayudar a resolver la escasez de tejido donado disponible para trasplantes. La precisión de la impresión en 3D hace que sea un método prometedor para la replicación de los tejidos y órganos complejos del cuerpo, pero las impresoras actuales no pueden producir estructuras con tamaño suficiente o fuerza para implantar en el cuerpo.
El Integrated Tissue and Organ Printing System (ITOP), desarrollado durante un periodo de 10 años por científicos del Instituto de Medicina Regenerativa, supera estos desafíos. El sistema contiene materiales como plásticos y biodegradables para dar forma al tejido y geles a base de agua que contienen las células. Además, forma una estructura exterior fuerte y provisional. El proceso de impresión no daña las células.
Un gran reto de la ingeniería de tejidos es asegurar que las estructuras implantadas viven lo suficiente para integrarse con el cuerpo, una cuestión que estos investigadores abordaron de dos maneras. Optimizaron la "tinta" a base de agua que contiene células de modo que promueva la salud y el crecimiento celular e imprimieron una retícula de micro-canales a través de las estructuras.
Estos canales permiten que los nutrientes y el oxígeno desde el cuerpo se difunda dentro de las estructuras y las mantenga vivas mientras desarrollan un sistema de vasos sanguíneos. Se ha demostrado previamente que las estructuras de tejido sin vasos sanguíneos ya preparadas deben ser menores de 200 micras para que las células sobrevivan. En estos estudios, una estructura del oído del tamaño de un bebé (1,5 pulgadas) sobrevivió y mostró signos de vascularización en uno o dos meses después de la implantación. «Nuestros resultados indican que la combinación de bio-tinta que usamos con los microcanales ofrece el entorno adecuado para mantener las células vivas y para sustentar el crecimiento de células y tejidos», explica Atala. Otra ventaja del sistema de ITOP es su capacidad para utilizar los datos de la tomografía computarizada y la resonancia magnética para «hacer a medida» de tejido de los pacientes. Por ejemplo, para un paciente que falta un oído, el sistema podría imprimir una estructura coincidente.
Varios experimentos de prueba de concepto demostraron las capacidades de ITOP. Para demostrar que ITOP puede generar estructuras complejas en 3D, los investigadores implantaron oídos externos impresos de tamaño humano bajo la piel de ratones. Dos meses más tarde, la forma de la oreja implantada estaba bien cuidada y había formado tejido de cartílago y vasos sanguíneos.
Para demostrar la ITOP puede generar estructuras de tejido blando, se implantó tejido muscular impreso en ratas y pasadas dos semanas, las pruebas confirmaron que el músculo era lo suficientemente robusto como para mantener sus características estructurales, volvrse vascularizado e inducir la formación de los nervios.
Y para ver si era posible la construcción de una estructura de hueso de tamaño humano, se imprimieron fragmentos de hueso de la mandíbula utilizando células madre humanas, con el tamaño y la forma necesaria para la reconstrucción facial en los seres humanos. Se implantaron segmentos impresos del hueso del cráneo en ratasy tras cinco meses, las estructuras bio-impresas habían formado tejido óseo vascularizado.
