La bioimpresión de tejidos humanos mediante impresoras 3D especializadas promete transformar la medicina, con implicaciones para los trasplantes de órganos, el tratamiento del cáncer y el desarrollo de antibióticos.
Luke Massella es una de las 10 personas que andan por ahí con una vejiga de repuesto cultivada a partir de sus propias células.
Nació con una enfermedad llamada espina bífida que, desde su nacimiento, le dejó un hueco en la columna vertebral.
A los 10 años, había sobrevivido a una docena de cirugías y superado las expectativas iniciales de los médicos de que nunca caminaría. Pero entonces, un mal funcionamiento de la vejiga hizo que le fallaran los riñones.
«Me enfrentaba a la posibilidad de tener que hacer diálisis el resto de mi vida», dice. «No podría hacer deporte ni llevar la vida normal de un niño con mi hermano».
Un cirujano emprendedor, Anthony Atala, del Hospital Infantil de Boston, tomó un pequeño trozo de la vejiga de Luke y durante dos meses hizo crecer una nueva en el laboratorio.
Después, en una intervención quirúrgica de 14 horas, sustituyó la vejiga defectuosa por la nueva.
«Así que fue más o menos como recibir un trasplante de vejiga, pero a partir de mis propias células, por lo que no tienes que lidiar con el rechazo», dice Luke.
El rechazo se produce cuando el sistema inmunitario del cuerpo ataca a las células trasplantadas que provienen de otro organismo. El uso de tejido cultivado a partir de las propias células del paciente ayuda a combatir este efecto.
Luke llegó a ser entrenador de lucha libre en las escuelas públicas de Connecticut y ahora, a los 27 años, dirige eventos en la industria de la joyería.
«Más o menos pude llevar una vida normal después», dice.
Se sometió a 17 cirugías antes de cumplir los 13 años, pero no ha tenido que hacerlo desde entonces.
El trabajo del Dr. Atala consiste en la bioimpresión, que utiliza máquinas de inyección de tinta en 3D modificadas para producir tejido biológico.
Su equipo ha desarrollado «ocho tejidos basados en células que ponemos en los pacientes», dice, incluyendo piel, uretras y cartílagos diseñados, todos ellos cultivados en el laboratorio.
Estos órganos de ingeniería están siendo sometidos a ensayos clínicos para su aprobación por la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos.
«Hay que saber hacer estos órganos a mano, luego la bioimpresora es realmente una herramienta de escalado», dice el doctor Atala, director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa de Carolina del Norte.
En otras palabras, la bioimpresión permitiría fabricar estos órganos de forma asequible, consistente y construida con precisión, cree.
Las «estructuras planas como la piel» son las más fáciles de imprimir, dice. Luego, las «estructuras tubulares, como los vasos sanguíneos y las uretras» son un poco más complejas, y los «órganos huecos no tubulares, como las vejigas» son aún más difíciles.
Pero los más difíciles son los «órganos sólidos, como los corazones, los pulmones y los riñones», con «muchas más células por centímetro».
Para estos órganos tan complejos, las bioimpresoras ofrecen una precisión que supera a la de las manos humanas, afirma.
Potencial pluripotente
La bioimpresión ha despegado tras el espectacular descubrimiento de Shinya Yamanaka y Sir John Gurdon, que recibieron un premio Nobel por su trabajo en 2012.
Las células adultas ordinarias pueden ahora reprogramarse para crear células madre -llamadas células madre pluripotentes inducidas- que pueden utilizarse para crear cualquier otra célula del cuerpo.
«Han ocurrido muchas cosas en los últimos dos años», afirma Steven Morris, director ejecutivo de la empresa de bioimpresión Biolife4d.
El Sr. Morris está trabajando para bioimprimir un corazón utilizando estas células pluripotentes durante el próximo año. Al principio será una versión más pequeña del órgano, explica, pero con el tiempo podría ayudar a las empresas farmacéuticas a evitar las pruebas de medicamentos en animales, afirma.
Y, en última instancia, la bioimpresión de órganos a partir de las propias células de las personas resolverá la «enorme falta de oferta» de órganos para trasplantes, dice el Sr. Morris, y eliminará la necesidad de medicamentos inmunosupresores contra el rechazo.
Las impresoras especializadas podrían incluso reproducir tumores cancerígenos, dando a los médicos la oportunidad de probar «qué tratamiento podría funcionar específicamente en ese paciente», dice Erik Gatenholm, director ejecutivo de la empresa sueca Cellink.
Su empresa ha recibido una subvención de 2.5 millones de euros (2,9 millones de dólares; 2,2 millones de libras) de la Unión Europea para desarrollar estas impresoras de modelado de tumores.
Las bioimpresoras también nos dan una forma de «poner rápidamente pequeñas cantidades de líquido para probar si un nuevo antibiótico funcionaría para ese paciente específico», dice Annette Friskopp, vicepresidenta de sistemas de impresión especializados en la gran empresa tecnológica HP en Palo Alto.
Esto podría ayudar a atajar el creciente y grave problema de la resistencia a los antimicrobianos, es decir, el aumento de las «superbacterias» que los antibióticos tradicionales no pueden matar.
HP está colaborando con el Centro de Control de Enfermedades de EE.UU. para desplegar las impresoras en cuatro laboratorios regionales de este país este otoño.
Tintas y andamios
Las impresoras de cualquier tipo necesitan tinta, y las bioimpresoras no son diferentes. La «biotinta» es un gel que puede extruirse a través de una boquilla de impresión y que imita la suspensión que se encuentra entre las células, llamada matriz extracelular.
Tanto los laboratorios universitarios como las empresas de nueva creación, como Cellink, han estado desarrollando biotintas que pueden utilizarse con muchos tipos de células, dice Ahu Arslan Yildiz, un bioquímico que dirige un grupo de investigación en el Instituto de Tecnología de Izmir, en el oeste de Turquía.
Y estas biotintas «universales» son cada vez más «procesables y fáciles de manejar», dice Yildiz, además de no ser tóxicas.
Otro avance en este campo de rápido desarrollo procede de Japón.
La mayoría de las bioimpresiones utilizan un andamio para mantener las células en su sitio. Y una vez que las células son «obligadas a alcanzar cierto nivel, comienzan a autoorganizarse y a ensamblarse», afirma Arnold Kriegstein, director del centro de células madre y medicina de la regeneración de la Universidad de California en San Francisco.
El andamio puede entonces retirarse.
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Pero Koichi Nakayama, de la Universidad de Saga, en el sur de Japón, ha estado desarrollando una forma de crear tejidos en 3D sin andamios.
En su lugar, lanza pequeñas esferas en una fina serie de agujas, llamadas kenzan.
El Dr. Nakayama, médico y presidente del departamento de Medicina Regenerativa e Ingeniería Biomédica de la universidad, está ahora «preparando el primer ensayo en humanos de nuestra universidad» para implantar tubos de diálisis «simplemente hechos con las células de la piel del propio paciente».
Así que la bioimpresión está avanzando a pasos agigantados y promete darnos a muchos de nosotros una nueva oportunidad de vida.
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