¿Y si en unos años se pudiera obtener un riñón por bioimpresión 3D con nuestras propias células para un trasplante lugar de esperar a un donante compatible?

Con el desarrollo de la impresión 3D, el único impedimento que existe para la fabricación de cualquier objeto es el límite de nuestra propia imaginación. Se han fabricado objetos tan complejos que los científicos también empezaron a plantearse si sería posible hacer lo mismo con un órgano vivo.

En España, país líder en el trasplante de órganos, aproximadamente el 10% de las personas que necesitan ser trasplantadas fallecen mientras esperan recibir su órgano (1). Cada día aumenta el número de personas en la lista de espera, mientras que el número de donantes es limitado. El desarrollo de la medicina regenerativa y del uso de la bioimpresión 3D es una necesidad cada vez más apremiante.

Además, el trasplante no es la única aplicación de la bioimpresión 3D de órganos. Con el desarrollo de la medicina cada vez somos más conscientes de que cada persona es única y que el mismo tratamiento no siempre funciona para tratar la misma enfermedad en diferentes personas. Si además tenemos en cuenta que muchas veces un paciente no solo sufre de una afección sino de un conjunto de varias, la atención médica personalizada es esencial.

Con la tecnología de bioimpresión 3D se podrían fabricar órganos con las patologías de cada paciente para probar los diferentes tratamientos y estudiar su eficacia y sus posibles efectos adversos antes de probarlos directamente en el paciente. Es decir, se podría crear un modelo perfecto e individualizado de cada persona para el testeo de fármacos.

¿Cómo es el proceso de bioimpresión 3D de órganos?

Por un lado hay que conocer muy bien la estructura del objeto/órgano que se quiere bioimprimir. Y en segundo lugar, es fundamental la tinta, o en este caso biotinta, que es el material con el que se va a imprimir.

Cada órgano está compuesto por infinidad de células, todas con nuestro ADN, pero cada una con su propia función. Además, las células se encuentran sumergidas en lo que se denomina “matriz extracelular” que es el material que las mantiene unidas y que proporciona las propiedades físicas necesarias al órgano. Por ejemplo, en el caso de la piel la matriz extracelular es elástica, mientras que en los huesos es rígida y resistente.

Para obtener las células necesarias para fabricar la biotinta, es necesario realizar una pequeña biopsia en el paciente. Se trata de un procedimiento muy poco invasivo ya que estas células se pueden obtener por ejemplo, de la piel.

Gracias al descubrimiento del Prof. Yamanaka, premio Nobel de medicina en el 2006 (2), añadiendo diferentes factores y moléculas a casi cualquier tipo celular proveniente de un paciente adulto, lo podemos convertir en otro tipo celular de él mismo. Es decir, a partir de células de la piel podemos obtener, por ejemplo, células de riñón o de corazón. La ventaja de este proceso es que las células que se obtienen tienen el ADN de las células de las que provenían, por lo que serán reconocidas como propias al ser injertadas en el paciente y no se desencadenará una reacción de rechazo.

Por otro lado, se está trabajando en el desarrollo de materiales que puedan imitar las propiedades de la matriz extracelular de cada tejido. Necesariamente tienen que ser materiales no tóxicos y biocompatibles para evitar ser rechazados por el sistema inmune.

Mezclando este material con las células obtenemos la biotinta, que se puede cargar en la bioimpresora 3D para darle la forma del órgano en cuestión.

¿Cómo está avanzando la bioimpresión 3D en la actualidad?

Actualmente todavía encontramos dificultades tanto en la obtención de células como en el desarrollo de los materiales y en el proceso de bioimpresión.

El proceso de obtener células especializadas para cada órgano está bastante avanzado pero todavía queda mucho por hacer. Muchas veces las células que se obtienen son inmaduras y, aunque realizan su función, no siempre lo hacen de la manera coordinada (3). También el número de células que se necesitan es muy elevado, lo que aumenta la dificultad del proceso. Para hacer frente a esto, se está trabajando en la fabricación de biorreactores. Los biorreactores son máquinas que mantienen en su interior las condiciones idóneas para el crecimiento y mantenimiento de las células, y que además pueden administrar estímulos para su correcta maduración.

Por otro lado está la fabricación del material donde se sumergen las células. Fabricar un material que tenga buenas propiedades físicas, que la viabilidad de las células en su interior sea la adecuada y que también sea apropiado para una bioimpresora, no es tarea sencilla. Actualmente los materiales más utilizados son derivados de colágeno y gelatina, y se modifican químicamente para que presenten las características mencionadas.

Por último, el proceso de bioimpresión es muy complicado. Con una impresora de color se tienen varios cartuchos diferentes y cada cartucho imprime en un color hasta obtener la mezcla deseada. En la bioimpresión ocurre lo mismo, pero en lugar de necesitar 4 cartuchos para conseguir todos los colores, cada órgano está formado por infinidad de células diferentes con diferentes matrices. Habría que fabricar tantas biotintas como capas tenga el órgano.

Actualmente el campo más avanzado es el de la generación de piel humana. Éste tuvo un importante desarrollo cuando la UE prohibió el uso de animales para probar cosméticos. Fue entonces cuando grandes compañías comenzaron a probar sus productos sobre piel humana antes de venderlos al consumidor. Este es un ejemplo de cómo, a pesar de todas las dificultades mencionadas, el campo avanza rápidamente y no estamos tan lejos de conseguir órganos nuevos por bioimpresión.

 

Este artículo ha sido redactado en la plataforma Microbacterium.es  de forma exclusiva para Naukas. Artículo redactado por María Pérez Araluce y editado por Domingo Acosta Gallego.

Referencias científicas y más información:

Trasplantes [Internet]. [cited 2022 Aug 24]. Available from: http://www.ont.es/informacion/Paginas/Trasplante.aspx

Takahashi K, Yamanaka S. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell. 2006;126(4):663–76.

Edgar L, Pu T, Porter B, Aziz JM, La Pointe C, Asthana A, et al. Regenerative medicine, organ bioengineering and transplantation. Br J Surg. 2020;107(7):793–800.