¿Es posible imprimir piel, músculo, riñones, orejas, cerebros, o carne para comer? ¡Lo es! Bueno, no todo aún, pero cientos de científicos y tecnólogos en el mundo lo estamos haciendo suceder. Pero primero lo primero.

¿Qué es la bioimpresión 3D?

Es una tecnología de manufactura aditiva, muy similar a la impresión 3D de plásticos. ¿La has usado? En impresión 3D tradicional un cabezal de extrusión deposita el plástico o polímero fundido capa por capa hasta formar una estructura tridimensional. Bien, pues lo mismo sucede en bioimpresión 3D, pero aquí, el material ¡Tiene vida! A menudo, nuestro material de bioimpresión o biotinta consiste en un hidrogel (similar a la gelatina que comes en casa) cargado con células vivas. Una vez formada la estructura 3D con nuestra biotinta, la cultivamos con mucho cuidado para que las células crezcan, se comuniquen entre ellas y formen un tejido vivo. Este proceso involucra proveerles de alimento (medio de cultivo y factores de crecimiento), la temperatura adecuada, removerles con frecuencia productos de desecho que las mismas células generan y mantener su espacio perfectamente aséptico.

Este video de TED Ed ejemplifica de manera muy didáctica esta tecnología:

¿Hasta dónde hemos llegado?

Aunque la tecnología de bioimpresión 3D aún está en su infancia, evoluciona día a día y ya es posible ver algunas de sus aplicaciones fuera de los laboratorios de investigación. Por ejemplo, la compañía 3DBio Therapeutics ¡Implantó ya un tejido bioimpreso! Se trató de una oreja que fue biofabricada utilizando células de una paciente (mexicana, por cierto) y un hidrogel a base de colágeno. La paciente receptora del implante nació con una oreja subdesarrollada (microtia). 3DBio Therapeutics bioimprimió una oreja de tamaño y forma similar a la de su oreja sana y el Dr. Arturo Bonilla realizó la cirugía con éxito.

Aquí puedes ver una nota sobre este momento histórico para el campo de la bioimpresión. Definitivamente ¡un hito digno de celebración!

¿Podemos ya imprimir riñones y otros de los órganos que tanto necesita nuestra sociedad?

Aún no. Es necesario vencer muchos retos todavía. Por ejemplo, a diferencia del tejido que estructura nuestras orejas (cartílago), la mayoría de nuestros tejidos necesitan vascularización (vasos sanguíneos). Nuestros tejidos y órganos reciben continuamente oxígeno y nutrientes a través de la sangre que es transportada a través de los vasos sanguíneos para que nuestros tejidos logren vivir y cumplir con sus funciones vitales. ¡Cada centímetro cúbico de nuestros tejidos está repleto de estos pequeños vasos sanguíneos! Y claro, como imaginarás, incorporar vasos sanguíneos a tejidos artificiales no es trivial, es por esto que éste es precisamente uno de los grandes retos que la comunidad científica en bioimpresión busca resolver hoy en día.

Mi grupo, el Laboratorio Alvarez-Trujillo en el Tecnológico de Monterrey (Campus Monterrey), trabajamos (entre otras cosas) en resolver este gran desafío. Recientemente, desarrollamos una tecnología llamada bioimpresión 3D caótica que nos permite bioimprimir tejidos pre-vascularizados. Esta tecnología (que, por cierto, no tiene nada que ver con desorden ni turbulencia), usa un cabezal de bioimpresión que genera flujos caóticos determinísticos (modelables matemáticamente y reproducibles) que genera muchas microcapas dentro de fibras de hidrogel. Las capas pueden estar formadas por células y otros materiales. Imagina un hilo que, al cortarlo transversalmente y verlo al microscopio, alojaría 64 capas paralelas internas. Luego, este hilo formaría una estructura 3D (en la escala de centímetros) capa por capa. Ese es el tipo de estructuras que logramos con la bioimpresión 3D caótica.

Venturosamente, nuestros tejidos a menudo presentan una estructura similar: estructuras grandes con micro-capas internas. Con algunas adaptaciones de nuestra tecnología y eligiendo los materiales adecuados, hemos logrado que algunas de las capas internas formen micro-canales huecos a lo largo de toda la fibra de hidrogel bioimpresa, simulando con ello ¡capilares sanguíneos! Hemos logrado generar hasta 31 microcanales huecos (capilares) dentro de fibras de hidrogel de 1 mm de diámetro cargadas con células precursoras de músculo. Las células que fueron bioimpresas con esta metodología lograron formar microtejidos musculares más maduros que cuando fueron bioimpresas en fibras sin microcanales. Aquí podrás encontrar más detalles sobre nuestra reciente contribución.

¿Qué sigue en el campo de la bioimpresión?

Recordemos que la bioimpresión es una tecnología en su infancia y aún restan muchos y grandes retos a resolver para llevarla a su máximo potencial. Sin duda, esta tecnología (en convergencia con otras) habilitará en el futuro la producción de músculo, riñones, hígados, carne para alimentación humana y otros tejidos para atender necesidades de nuestra sociedad. ¿Cuándo? Estemos atentos. Recientemente escuché decir a uno de los grandes líderes mundiales en esta área, Anthony Atala, que quizás dentro de 2 décadas.

Si este tema te apasiona tanto como a los miembros del laboratorio Álvarez-Trujillo, seguramente querrás ser partícipe de lograr el gran sueño de ¡bioimprimir vida y salvar vidas! Este es un campo multidisciplinario en el que químicos, biólogos, biotecnólogos, mecatrónicos, físicos, médicos y más disciplinas debemos interactuar y converger para hacer este ambicioso sueño una realidad. ¡Y sí! Desde México y Latino América, tenemos mucho que aportar.

Fotografía: Cortesía y derechos de la Dra. Grissel Trujillo.