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18/08/2022

3D – ¨Medicina personalizada de Precisión¨ – Bioimpresión – Biotintas

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Las técnicas de la bioimpresión buscan reproducir estructuras que encontramos en el cuerpo humano con un proceso de adición, en el cual se van depositando biotintas.

Aunque tienen este nombre las biotintas no guardan ninguna relación con las tintas utilizadas en la impresión en papel,  contienen fundamentalmente células, componentes biológicos y biomateriales, elementos necesarios para generar estructuras tridimensionales similares a los tejidos humanos.

Las biotintas son biomateriales compuestos por una combinación de células y biomoléculas, que pueden ser material genético (ADN), fármacos, factores de crecimiento, sustancias bioactivas y componentes extracelulares.

El término biomateriales hace referencia a cualquier material capaz de interactuar con sistemas biológicos para evaluar, tratar, aumentar o sustituir un tejido, órgano o función.

Dentro de esta categoría son particularmente relevantes los polímeros de origen natural o sintético. Se usan para generar el andamiaje (o scaffold) que contendrá las células que poblarán las estructuras diseñadas y dotando al constructo impreso de forma tridimensional, de propiedades mecánicas y biológicas.

Uno de los principales desafíos de la bioimpresión es el diseño de estos andamiajes con estructura y funcionalidad similares a las existentes en los tejidos y órganos.

Otra forma de obtener una estructura de soporte altamente precisa es la generación de órganos descelularizados, que consiste en un órgano de un individuo donante, al que se le extraen las células, dejando el “esqueleto” del órgano (matriz extracelular), sustituyendo por células del receptor, evitando el rechazo por parte del paciente.

Esto da la posibilidad que, a partir de la matriz extracelular de órganos descelularizados, se pueda imprimir soportes más biomiméticos, con una composición similar a la del órgano involucrado.

La bioimpresión implica el uso de células, libres o embebidas en un material. Las bioimpresoras y los biomateriales empleados deben tener características determinadas que garanticen la viabilidad y funcionalidad celular durante y después del proceso.

Generalmente los materiales que se emplean para la bioimpresión son hidrogeles, estos son redes tridimensionales de polímeros naturales o sintéticos que absorben grandes cantidades de agua, (hasta mil veces su peso seco) sin disolverse dado la naturaleza hidrofílica de sus componentes y su naturaleza entrecruzada.

Además de los problemas planteados en la generación de los andamiajes, hay que tener en consideración qué células se van a utilizar.

Estas pueden distinguirse en base a dos criterios: el tipo celular empleado y el origen de las células:

1.Tipo celular empleado.

En un primer momento, las células empleadas para la bioimpresión eran células inmortalizadas , más resistentes a las condiciones de estrés causadas durante el proceso de bioimpresión.

Actualmente, gracias a la mejora de las tecnologías de bioimpresión, las células madre son el tipo celular más empleado.

Estas células madre pueden ser células adultas de tejidos , de las cuales solo es posible obtener pequeñas cantidades a partir de biopsias de los pacientes, o de células pluripotentes inducidas (iPS), derivadas de células como fibroblastos.

En el caso de las células iPS es necesario llevar a cabo un proceso de desdiferenciación para, posteriormente, volver a diferenciarlas solamente en las células que resulten de interés en función del tejido que se va a bioimprimir.

Sin embargo, los métodos actuales utilizados para llevar a cabo estas modificaciones no están perfeccionados, debido a que no siempre se puede generar el tipo celular deseado y pueden conferir potencial tumoral a estas células, llegando a producir teratomas en los pacientes.

Por lo tanto, existe una clara necesidad de células que puedan diferenciarse en distintos tejidos, pero garantizando su seguridad y eliminando el riesgo de transformarse en células tumorales.

2.Origen de las células

Las células pueden ser autólogas (del propio paciente) o alogénicas (procedentes de un donante).

La utilización de células autólogas tiene la ventaja de evitar un posible rechazo una vez estas se implantan en el paciente, al ser reconocidas como propias.

La desventaja de este procedimiento es que el número de células que pueden obtenerse de una biopsia es limitado, y para poder repoblar un constructo (por ejemplo, para bioimprimir un corazón serían necesarias millones de células) hay que expandir esas poblaciones mediante cultivo celular, procedimiento que insume tiempo.

Las células alogénicas serían las células de elección para sistemas de testeo de fármacos o, por ejemplo, en el caso de la piel, para llevar a cabo terapias temporales que no requieran la integración en el propio paciente, como en el caso de úlceras crónicas o heridas producidas en accidentes.

Sources:

Instituto Roche: https://www.institutoroche.es/static/archivos/Informes_anticipando_BIOIMPRESION_digital.pdf

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