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Doctor… print me an organ!



Doctor… ¡Imprímame un órgano!


Flores-Novoa CE 1, Fernández-Campos MA1, Espinoza-Hernández O1, Rodríguez-Zúñiga L2

    1.  Estudiantes de la Licenciatura en Médico Cirujano, Departamento de Medicina y Nutrición, División de Ciencias de la Salud, Universidad de Guanajuato, México.

             2.    Especialista en Nefrología, Departamento de Trasplantes, 4º. piso Hospital Regional de Alta Especialidad del Bajío, León, Guanajuato, México.

Resumen 

     Si tuvieras la oportunidad de crear un órgano. ¿Cuál sería? Quizás un corazón o un riñón. Y por qué no 2 o 3. Pensándolo bien… por qué no un ¡CUERPO ENTERO! Solo se necesitaría prender la impresora, hacer la selección preferida, presionar un botón y esperar a que esté listo tu órgano.>
La bioimpresión de tejidos es una tecnología que ha causado mucho interés en los últimos años por que promete ser una herramienta muy útil en la medicina regenerativa en futuro. Día a día se busca el perfeccionamiento de estas técnicas con el fin de mejorar su utilidad clínica en el desarrollo métodos diagnósticos, estudio de la historia natural de las enfermedades, evaluación de tratamientos nuevos y/o individualizados, toxicológicos y en el trasplante de órganos.
Palabras clave: Biotinta, impresión de tejidos, órgano. 

Summary

     If you had the oportunity to create an organ. Which would it be? Maybe a heart or a kidney. Even two or three. Come on, think about it... And why wouldn´t you print a WHOLE BODY!. All you would need is turn on the printer, make your selection, press a button and wait until your organ is ready.
Tissue bioprinting is a technology that has caused a lot of interest in the last years because it promises to be a very useful tool in regenerative medicine in the future. Every day the ameliorating of these techniques is sought in order to improve their clinical usefulness in the development of diagnostic methods, study of the natural history of diseases, evaluation of new and / or individualized treatments, toxicology and in organ transplantation.

Key words: Bioink, tissue printing, organ.

Resumo


A bioimpressão de tecidos é uma tecnologia que tem despertado muito interesse nos últimos, porque promete ser uma ferramenta muito útil na medicina regenerativa no futuro. Todos os dias busca-se o aprimoramento dessas técnicas para melhorar sua utilidade clínica no desenvolvimento de métodos diagnósticos, estudo da história natural das doenças, avaliação de tratamentos novos e / ou individualizados, toxicologia e no transplante de órgãos.

Palavras-chave: Biotinta, impressão de tecidos, órgão.


INTRODUCCION

La bioimpresión de tejidos es una tecnología trabajada en la medicina regenerativa por parte de la ingeniería tisular que tiene como objetivo la fabricación de materiales en tercera dimensión (3D) (conformado de células vivas y matriz extracelular) que imiten en forma y función un tejido vivo. Esta tecnología se está desarrollando en diferentes áreas de la medicina tales como la dermatología, Traumatología, nefrología, gastroenterología, urología, oncocirugía, entre otras. Con propósitos propios del área que la utiliza, que van desde la simulación de la forma y función hasta el trasplante de órganos e injertos.Desde sus inicios en 1984 con la creación de la primera impresora en 3D hasta la fecha se han obtenido diversos avances en esta área mediante pruebas experimentales y estudios. 
Figura 1. Antecedentes históricos acerca de la evolución de la bioimpresión de tejidos. Tomado de (Prendergast, Solorzano, & Cabrera, 2017) (Bauer et al., 2016)

DESARROLLO

Los elementos clave para la realizar la bioimpresión funcional incluyen la capacidad de posicionamiento preciso, biomateriales imprimibles y fuentes celulares. Además, la vascularización, la inervación y la maduración también son cruciales para diseñar tejidos funcionales. Existen varios tipos de técnicas empleadas en la impresión de tejidos. .
Figura 2. Técnicas de impresión de tejidos. 2.A, Inyección de tinta biológica. 2.B, Extrusión. 2.C, Bioimpresión asistida con láser. 2.D, Estereolitografía. Imagen obtenida de: Colaco, M., Igel, D. A., & Atala, A. (2018). The potential of 3D printing in urological research and patient care. Nature Reviews. Urology, 15(4), 213–221. https://doi.org/10.1038/nrurol.2018.6
Todas las técnicas requieren de 2 componentes principales: un sustrato que le brindará el sostén al tejido que puede ser de diferentes materiales con propiedades distintas, y una tinta biológica o “Biotinta” que contiene las células vivas y otras sustancias enriquecedoras.

Técnicas:


  •  Inyección de tinta biológica (Inkjet): Funciona como una jeringa que a través de la generación de pulsos de presión se van empujando la Biotinta contenida para depositarla en el sustrato o hidrogel (10,000 - 30,000 células por gota) y así, el constante goteo sobre puntos específicos del hidrogel irá creando la estructura que se imprimirá capa por capa a una velocidad aproximada de 3 centímetros en 1 hora. Figura 2.A
  • Extrusión: En este proceso se añade una tinta biológica viscosa que se deposita de manera similar a la técnica descrita anteriormente con la diferencia de que la presión que empuja las gotas se genera a través de pistones y el orificio de salida es de un diámetro mayor. Actualmente es el método más utilizado. Figura 2.B
  • Bioimpresión asistida por láser: La Biotinta que está en forma de polvo es esparcida en una capa de sustrato luego, un continuo disparo de láser hacia estos materiales hace que se fusionen, una vez mezclados se empujan hacia un contenedor y se repite el proceso. Esta técnica es útil para la impresión de tejidos que requieren diferentes tipos de material. Figura 2.C
  • Estereolitografía: Esta técnica requiere que el material con Biotinta se bañe con luz ultravioleta (UV) para ser derretido en lugares estratégicos de éste para irle dando una forma determinada. Se deben proteger las células del daño de estos rayos con unas sustancias llamadas “fotoiniciadores”. Figura 2.D

10 USOS ACTUALES


  1. IMPRIMAME UN OJO, Se han realizado exitosamente tejidos corneales con Biotinta de baja viscosidad y con células corneales vivas (queratinocitos). Estos tejidos tienen forma y trasparencia adecuada y por esto, prometen satisfacer la demanda en el trasplante de córneas. También se busca simular las condiciones de una persona sana y de una enferma en experimentos con tejidos de retina impresos para poder estudiar sus mecanismos y así innovar en el tratamiento de enfermedades de la retina. 
  2. Y TAMBIEN PIEL...  La impresión de piel tiene un futuro prometedor. Se han impreso pequeños fragmentos de tejido similar a la piel llamados “en chip” donde se estudian los procesos de enfermedades y su tratamiento. También se está buscando mejorar las características del tejido para que puedan servir próximamente en el tratamiento de heridas y trasplante de piel. 
  3. ¿¿Y SI ME ROMPÍ UN HUESO?? Se han creado tejidos cartilaginosos que son utilizados en traumatología ortopédica, para ayudar a la sanación de huesos fracturados. Además, sirve para diseñar modelos específicos como prótesis personalizadas. En conjunto con los avances en piel, se ha impreso cartílago en forma de oreja el cual, al implantarse en ratas, logró recubrirse con piel de éstas. (Apelgren et al., 2018)
  4. IMPRIMAME UN NERVIO, Se han imitado tejidos nerviosos adicionados con sustancias que facilitan su crecimiento y aunque apenas se está experimentando dentro del laboratorio, prometen ser útiles para la lesión grave de un nervio causada por golpes o heridas. 
  5. ¿QUÉ HAY DEL RIÑÓN? La producción de fragmento de tejido renal (riñones en chip) se han utilizado principalmente para probar la toxicidad de fármacos ya que existen muchos medicamentos que son tóxicos para el riñón. (Y. K. Kim, Nam, & Yang, 2018). También se están creando chips con células funcionales capaces de producir orina, es decir imitando la función de un riñón real, lo cual abre un horizonte hacia la utilidad de la impresión de órganos para la creación de un riñón artificial y así satisfacer la demanda de trasplante renal.
  6. ¿GANAS DE IR AL BAÑO? Se han impreso modelos de uretra (que es el conducto por donde pasa la orina de la vejiga hacia el exterior) con células de vejiga y células musculares, que fueron puestos a prueba en conejos para el tratamiento del cierre patológico de este conducto, arrojando buenos resultados. A lo anterior, se le añade la fabricación de tejidos con estructura similar a la vejiga que ya han sido probados en experimentos también. 
  7. Y PARA COMER…UN ESOFAGO, ya se cuenta con la impresión de “parches” creados con matriz extracelular y células madre que se quieren utilizar para la reparación de esófagos dañados. Estos parches muestran una estructura estable además de que tienen una buena función en experimentos ya realizados.
  8. ¿CORAZÓN ROTO? En la actualidad ya se imprimen válvulas cardiacas que se adaptan muy bien al tejido del corazón, estas son estructuras fundamentales para que el corazón bombee la sangre a los tejidos. También se ha lo grado imprimir tejido de corazón adicionado con células vivas de un felino capaz de contraerse rítmicamente mediante estimulación eléctrica imitando la función normal del corazón. Por otra parte, ya se han impreso vasos sanguíneos ramificados que logren su función de transportar sangre a los órganos, como las arterias del corazón.
  9. UN HÍGADO POR AQUÍ, los tejidos de hígado impresos han mostrado varias funciones del órgano normal: fabrican proteínas como la albumina, tienen actividad intracelular y transportan sustancias como sales biliares. Aún así se está trabajando para obtener un órgano mejor constituido. 
  10. ¿IMPRIMIR EN EL ESPACIO? La Agencia Espacial Europea ya tiene la visión de llevar esta tecnología a las futuras misiones espaciales interplanetarias, están planteando la viabilidad de esto, así como las complicaciones que podría implicar.

 CONCLUSION

La bioimpresión de tejidos es todo un universo por descubrir, y los investigadores están ansiosos por hacerlo. Actualmente, solo se han podido producir tejidos con un nivel de complejidad “menor” y los órganos más complejos como el riñón y el hígado, están lejos de ser creados mediante esta tecnología. Es por esto, que se están haciendo muchos experimentos con la finalidad de que, día a día, se perfeccionen cada vez más los tejidos impresos para que se parezcan tanto en función como en forma, tamaño y color, a los órganos humanos naturales.

No por esto debemos decir que no se ha conseguido mucho ya que, como ya se describió, se han logrado imprimir diversos tipos de tejidos que sirven como herramientas de estudio, para la simulación de enfermedades, el ensayo de nuevos tratamientos, evaluación de la historia natural de la enfermedad, respuesta al tratamiento y toxicidad de este. Por lo tanto, se ve una gran oportunidad para dejar de lado la experimentación con animales y comenzar a usar los tejidos impresos en su lugar.

Sin duda alguna, donde se espera un mayor impacto de esta actividad es en el trasplante. Porque cuando se llegue el momento, la tecnología será tan avanzada que la bioimpresión de tejidos satisfacerá a la gran demanda de órganos que se ve hoy en día.
Y tú, ¿estás listo para imprimir?


BIBLIOGRAFIA

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  2. Augustine, R. (2018). Skin bioprinting: a novel approach for creating artificial skin from synthetic and natural building blocks. Progress in Biomaterials, 7(2), 77–92. https://doi.org/10.1007/s40204-018-0087-0
  3. Bauer, H.-K., Heller, M., Fink, M., Maresch, D., Gartner, J., Gassner, U. M., & Al-Nawas, B. (2016). Social and legal frame conditions for 3D (and) bioprinting in medicine. International Journal of Computerized Dentistry, 19(4), 293–299. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28008427
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