Impresión de órganos a medida
Por Grissel Trujillo de Santiago
Artículo de Divulgación
El déficit de órganos ha sido hasta ahora un problema que ha ido creciendo y que afecta a millones de personas en el mundo. Afortunadamente, la ciencia aplicada en pro de la salud, específicamente, la bioimpresión 3D ofrece ahora la atrevida y esperanzadora promesa de posibilitar la fabricación de órganos funcionales para aquellos pacientes registrados en las interminables listas de espera.
Hoy, la manufactura de órganos huecos como la vejiga o estructuras tubulares como la uretra, son una realidad. Sin embargo, fabricar órganos sólidos más complejos como el riñón e hígado representa un reto mucho mayor. Por ello, nuestro equipo de investigación se ha dedicado a hacer realidad el sueño de bioimprimir órganos desarrollando biomateriales y técnicas que desafían los límites actuales de esta tecnología.
La bioimpresión 3D es una tecnología de manufactura aditiva que consiste en depositar capa por capa una mezcla compuesta de biomateriales y células vivas que formarán una estructura 3D prediseñada. El diseño arquitectónico y la selección de materiales y células se definirá en función del tejido que desee fabricarse. Una vez impreso, el constructo es nutrido e incubado bajo condiciones de esterilidad. Con el tiempo, las células contenidas en la estructura proliferan y maduran, formando así, tejidos biológicos artificiales.
Los retos y posibles soluciones
Los retos siguen siendo muchos. Las tecnologías disponibles actualmente aún se encuentran limitadas en su la capacidad de fabricar tejidos biológicos de tamaño relevante. Es un gran reto generar tejidos con grosores superiores a 0.2 mm, pues las células encapsuladas en el interior no reciben el oxígeno suficiente para sobrevivir.
Una solución a este problema es la vascularización, es decir, la incorporación de vasos sanguíneos artificiales que permitan el suministro continuo de oxígeno y nutrientes al tejido. Otra limitación de la bioimpresión hoy, es la de generar estructuras biológicas con microarquitectura similar a las naturalmente presentes en los tejidos humanos. Estos dos aspectos: la fina microestructura y la presencia de vasos sanguíneos, son imprescindibles para fabricar un tejido artificial funcional y mantenerlo vivo y sano.
Nuestro equipo de investigación desarrolla tecnologías que recrean la microestructura de los tejidos y que incorporan de manera práctica y eficiente estructuras similares a los vasos sanguíneos.
Lo que marca la diferencia
Hemos encontrado en los flujos caóticos una herramienta simple, pero muy poderosa para lograr ambos objetivos ya que éstos permiten manipular fluidos para crear estructuras predecibles matemáticamente. En este contexto, el caos no implica desorden, pero sí es un proceso que evoluciona exponencialmente y, por lo tanto, es muy eficiente para generar arquitectura. Las estructuras son formadas por procesos repetidos de deformación y plegamiento del flujo y alcanzan una resolución muy alta (en la escala de micras). Venturosamente dichas estructuras caóticas mimetizan a aquellas naturalmente presentes en tejidos humanos.
Nuestro proyecto de diseño de un sistema de bioimpresión caótica, con el cuál ganamos el premio de L’Orèal-UNESCO-AMC-CONACyT 2019, permite el uso de múltiples materiales simultáneamente. Con el objetivo de fabricar tejidos vascularizados se usarán dos tipos materiales: permanentes y fugitivos. Los primeros originarán el tejido sólido, mientras que los fugitivos abandonarán el constructo creando estructuras huecas, similares a los vasos sanguíneos presentes en tejidos humanos. Esta vasculatura artificial, permitirá la perfusión de medio fresco y oxigenado que nutrirá y mantendrá vivo al tejido.
Es altamente probable que en dos décadas seamos testigos de la bioimpresión 3D de órganos trasplantables a pacientes, y nuestra investigación busca decididamente contribuir a la materialización de ese sueño.
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Sobre la autora
Grissel Trujillo de Santiago recibió el grado de Doctora en Ciencias de Ingeniería en el Tecnológico de Monterrey (2014). En el 2015 ingresó al Nivel I del Sistema Nacional de Investigadores.
Realizó una estancia postdoctoral en el Laboratorio del Dr. Ali Khademhosseini (Harvard-MIT), continuando y extendiendo su investigación en biomateriales aplicados a la ingeniería de tejidos. Su postdoctorado fue apoyado económicamente por CONACyT, la Fundación México en Harvard, el Tecnológico de Monterrey y el MIT, y ha derivado en la producción de trece plublicaciones científicas a la fecha. Actualmente es Profesora Investigadora del Tecnológico de Monterrey, miembro del Grupo de Enfoque de Nanotecnología para el Diseño de Dispositivos, e imparte clases en la carrera de Ingeniería Biomédica y los posgrados de Nanotecnología y Biotecnología.
Para saber más
En las siguientes ligas puedes acceder los artículos científicos relacionados con esta tecnología:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/mh/c8mh00344k
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/833772v1.abstract