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06/08/2022

3D – ¨ Medicina Personalizada de Precisión¨ – Bioimpresión

Por Dra. Parra Alicia

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La bioimpresión es un proceso por el cual se obtienen estructuras tridimensionales con la adición de capas de materiales biológicos, bioquímicos y células vivas.

La impresión 3D, es una técnica de fabricación por adición, con la aplicación capa por capa de un material, habiendo encontrado utilidad en casi todas las áreas de la ciencia, siendo  su utilización y potencial cada vez mayor en el campo de la medicina.

La impresión 3D ha evolucionado en este campo dando lugar a la bioimpresión.

El objetivo principal de la bioimpresión es la fabricación de estructuras humanas complejas en 3D,  con propiedades biológicas y mecánicas. Esto permite restaurar la función de un tejido o un órgano, cuya obtención mediante otros métodos de fabricación no es posible.

La bioimpresión se podría personalizar y adaptar a las necesidades de los pacientes abriendo un amplio espectro de posibilidades en el campo de la Medicina Personalizada de Precisión.

Permite fabricar tejidos que pueden utilizarse para reemplazar estructuras enfermas, dañadas o envejecidas y  sustituir a los modelos animales en los estudios farmacológicos o en la generación de modelos de enfermedades.

La bioimpresión de piel es el caso más claro ejemplo de aplicabilidad de esta tecnología a la práctica clínica y avanzar hacia la bioimpresión personalizada a partir de células del propio paciente, de órganos sólidos funcionales.

El desarrollo de nuevas aplicaciones, como la bioimpresión de modelos tumorales para diseñar estrategias terapéuticas personalizadas, la impresión in situ, la impresión 4D o la bioimpresión a gran escala.Si bien están en fase experimental, en corto plazo cambiará la manera de enfrentarse a campos tan relevantes como el trasplante de órganos, la medicina regenerativa o el abordaje personalizado de tumores u otras patologías.

El proceso consiste, en primer lugar, en la generación por ordenador de un modelo tridimensional que sirva después de guías para la superposición sucesiva de capas de material, hasta llegar a la estructura deseada.

Proceso de bioimpresión

Su proceso  consta de 3 fases: una fase inicial de pre-bioimpresión, la segunda en la que se realiza la bioimpresión propiamente dicha y, por último, una fase de post-bioimpresión.

Los pasos principales son: la toma de imágenes y el diseño digital de un modelo tridimensional de lo que se quiere reproducir; la elección de los materiales y células que se van a emplear como biotintas; y, por último, la bioimpresión de la estructura.

En algunos casos, se puede emplear directamente, pero en otros casos se requiere un período de maduración del tejido u órgano producido.

Las etapas de la toma de imágenes y del diseño digital serán pasos esenciales de cara a generar órganos sólidos, ya que de ellos, depende la capacidad para reproducir la arquitectura heterogénea y compleja de los mismos.

 En estas etapas, generalmente, se emplean tecnologías de imagen médica, como la Tomografía Computarizada y la Imagen por Resonancia Magnética (TC e IRM) para proporcionar información precisa sobre la estructura tridimensional.

El modelado digital de la arquitectura de los tejidos, el diseño guiado por ordenador y la fabricación guiada por ordenador (CAD y CAM respectivamente por sus siglas en inglés) son las herramientas matemáticas empleadas.

Durante la fase de post-bioimpresión, frecuentemente, es necesario que el tejido impreso tenga que pasar por un proceso de maduración.

Esta maduración puede ocurrir in vivo, una vez trasplantado el tejido al propio paciente, o in vitro sometiendo al tejido impreso a cultivos sofisticados o en un biorreactor hasta que pueda ser trasplantado.

El proceso de bioimpresión, debido a que necesariamente requiere el uso de células, debe realizarse en el laboratorio, en condiciones especiales similares a las de un laboratorio de cultivo celular.

Tanto las instalaciones como el flujo de trabajo, deberán estar adaptados a los tipos celulares, materiales y a la técnica de bioimpresión utilizada, para garantizar la viabilidad de los tejidos bioimpresos.

Teniendo en cuenta, el tiempo dedicado a la expansión de las poblaciones celulares a través del cultivo celular,  para ser empleadas en las biotintas, actualmente, el proceso de la bioimpresión de grandes superficies de piel (1-2 m2 ) tiene una duración estimada de 2-3 semanas, es decir varía en función del tamaño del tejido que se quiera bioimprimir.

APLICACIONES DE LA IMPRESIÓN 3D EN MEDICINA

1.Mejorar o corregir las funciones mecánicas y fisiológicas

Las aplicaciones más inmediatas de la impresión 3D en medicina, es la generación de prótesis personalizadas, estructuras de soporte o dispositivos médicos, adaptados a las necesidades de cada paciente con el objetivo de ayudar a mejorar o corregir determinadas funciones mecánicas y fisiológicas de cada uno.

Un ejemplo es el desarrollo mediante técnicas de impresión 3D, de prótesis torácicas o implantes para reconstrucciones dentales y maxilofaciales para un paciente determinado, gracias al uso de técnicas de imagen médica.

Los diseños más avanzados incluyen nuevos materiales que los convierten en estructuras muy flexibles y totalmente personalizadas, a partir de imágenes médicas del propio paciente, permitiendo que se adecuen mejor a su estructura ósea.

2.Generación de tratamientos para enfermedades: impresión de medicamentos

La fabricación de medicamentos a gran escala está evolucionando hacia el desarrollo de medicamentos personalizados para cada paciente y en este sentido, la impresión 3D puede jugar un papel muy importante en el proceso de producción.

 La impresión 3D permite crear estructuras complejas, por ejemplo, cavidades internas o una combinación de múltiples materiales, en un solo paso. mediante la adición controlada de los compuestos.

Estas características trasladadas a la fabricación de medicamentos orales,  implican flexibilidad con respecto a la dosis y el perfil de liberación, aumentando la capacidad de fabricar a demanda y en ubicaciones descentralizadas.

Su ventaja principal es la posibilidad de personalizar los medicamentos, diseñando comprimidos que contengan diferentes principios activos y diferentes dosis en función de cada paciente, incluso, con diferentes patrones de liberación del fármaco en el organismo, mejorando la efectividad y reduciendo los efectos adversos.

3.Modelos pre-quirúrgicos en la planificación personalizada de intervenciones quirúrgicas

La impresión 3D hace posible la fabricación de modelos pre-quirúrgicos, con la réplica exacta de las estructuras anatómicas del paciente, con el objetivo de poder planificar y ensayar intervenciones quirúrgicas altamente complejas con antelación de manera mucho más personalizada.

Es importante en operaciones que implican a órganos delicados poco accesibles o de elevada complejidad estructural, como es el caso de los modelos de cráneo y cerebro, permitiendo al equipo quirúrgico planificar mejor su actuación y ensayar previamente la intervención pudiendo anticipar algunos eventos y toma de decisiones que de otra manera se tendrían que tomar durante el acto quirúrgico.

La planificación previa a través del modelo 3D reduce el tiempo que el paciente va a estar en la cirugía y contribuye a reducir los riesgos y  aumentando la tasa de éxito y reduciendo los costos.

El proceso de bioimpresión permite que los documentos digitales de modelado tridimensional puedan compartirse fácilmente a través de internet, haciendo posible el intercambio de diseños entre clínicos o investigadores.

No es estrictamente necesario que todas las fases del proceso se realicen en el mismo lugar físico.

Sources:

Imagen: https://redshift.autodesk.es/bioimpresion-piel/ Instituto Roche: https://www.institutoroche.es/static/archivos/Informes_anticipando_BIOIMPRESION_digital.pdf

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