La bioimpresión comienza a construir los cimientos de la medicina personalizada

La bioimpresión significa tener instrumentos para ofrecer soluciones adaptadas a cada paciente en lugar de adaptar al paciente a la solución. Es una técnica que aprovecha los beneficios que tiene la impresión 3D –como puede ser la libertad de diseño, el poder trabajar con los pequeños detalles o hacer geometrías que con otras tecnologías no se podrían conseguir– para recrear tejido vivo e incluso el día de mañana órganos completos.

El envejecimiento saludable hace cada vez más hincapié en la medicina personalizada. Jordi Otero, profesor de la unidad de biofísica y bioingeniería de la Universidad de Barcelona, considera que si somos punteros en trasplantes de órganos por qué no podemos serlo en el desarrollo de óganos bioartificiales y apunta: «Cuando seamos el país más viejo del mundo habrá una preocupación creciente por la salud». Además según un estudio de la consultora Markets and Markets el mercado de la bioimpresión alcanzará un valor de 1.647 millones de dólares en 2024. Combinar la experiencia de mercado de las empresas, el potencial de innovación de las universidades y la práctica clínica de los hospitales permite extraer una sinergia productiva que augura un futuro prometedor.

Por eso es necesario empezar por distinguir entre impresión 3D y bioimpresión. El informe de La Roche para la primera dice que es una técnica de fabricación por adición mediante la aplicación capa por capa de un material (resinas, polímeros, materiales cerámicos). Mientras que la segunda es dar un paso más allá, se obtienen estructuras tridimensionales mediante la incorporación de materiales biológicos, bioquímicos y células vivas. Su objetivo principal es la fabricación de estructuras humanas complejas en 3D con propiedades biológicas y mecánicas que permitan restaurar la función de un tejido o un órgano. Su uso a gran escala modificará la forma de abordar las diversas patologías existentes.

En ese sentido ya en 2010 la Universidad de Granada creaba el primer órgano bioartificial de España, en el mismo mes que el Hospital Gregorio de Marañón en Madrid desarrollaba la primera fábrica de órganos bioartificiales del mundo. Así el director del equipo de investigación, el profesor Antonio Campos, comenta que empezaron en 2004 con tejidos artificiales de córneas. Crearon un modelo a través de un proceso de descelularización, que consistió en extraer las células a una córnea de cerdo, dejando el andamio del órgano, e incorporando células humanas.

Tejido artificial de córnea desarrolllada en la Universidad de Granada

–

Universidad de Granada

También han fabricado modelos de piel artificial, nervios periféricos y paladar artificial. «Ahora estamos intentando desarrollar piel artificial que incluyan en su interior antibióticos, para obtener los mejores resultados frente a las contaminaciones bacterianas que se pueden producir durante los injertos», comenta Campos.

Señala que también usan otros productos procedentes de compuestos orgánicos de la naturaleza, como las algas, con el fin de construir fundamentalmente en el laboratorio tejidos que puedan sustituir a los tejidos lesionados. «Siempre digo que la humanidad ha estado curando de cuatro formas, con la química de las plantas hasta los fármacos de diseño que se hacen en este momento, también ha curado con la física, con el frío y el calor hasta las radiaciones que se usan en las terapias oncológicas. Ha usado la cirugía y ha intentado sanar con la palabra mediante la psiquiatría. Ahora se cura con células y con tejidos artificiales, lo que es una nueva forma de terapéutica».

A ello se une que hoy en día los tejidos artificiales creados por ingeniería tisular y las células que producen una acción terapéutica son considerados medicamentos, por tanto tienen que pasar la aprobación de la Agencia Española de Medicamentos siguiendo las directrices europeas. Y desde que empezaron, Campos considera que ha habido un crecimiento extraordinario unido al espaldarazo de la bioimpresión, generándose ideas y aplicaciones en áreas distintas que trabajan mano a mano, pasando por los que investigan con tejidos, los de ciencias de materiales o inmunología. Estima que los próximos retos en este campo serán desarrollar unos modelos de evaluación y control específico para estos productos, y asegurar la prestación de los servicios que puedan mejorarse con la bioimpresión y la generación de órganos bioartificiales en los sistemas públicos.

Apuesta pionera

Una de las empresas pioneras que se abrió camino en este campo es Regemat 3D, con sede en Granada, creada por el ingeniero y doctorado en biomedicina José Manuel Baena. Su interés por el área sanitaria empezó cuando estudiaba ingeniería industrial en Valencia, y en 2006 le llamó la atención desarrollar la bioingeniería en el ámbito sanitario, por aquel entonces era un campo emergente. Un problema de salud de sus abuelos le llevó a comprender que todos seremos en el futuro usuarios de dispositivos médicos.

En el año 2010 fundó Breca Heatlh Care y en 2011 se reunió con un investigador de Granada, Juan Antonio Marchal, que estaba trabajando con células madre para regenerar cartílago. Este investigador le comentó que las células se mueren si no las pones en una estructura tridimensional,  pero se preguntaba si en lugar de imprimir en titanio podría desarrollarse una máquina para imprimir biomateriales. Baena se integró en su grupo de investigación, y en 2015 creó Regemat 3D.

El valenciano Baena señala que mientras que Breca Health Care fabrica prótesis e implantes a medida, básicamente en titanio con una impresión 3D para reconstruir una lesión. Regemat 3D lo que hace es desarrollar una tecnología de biofabricación, no para recuperar la lesión, sino para regenerar la lesión. La solución que ofrecen es complementaria, una es el presente y otra es el futuro.

Un modelo de neurona visual para mostrar la resolución de sus equipos de bioimpresión

–

Regemat 3D

La impresión 3D en el año 2008 creó muchas expectativas, luego vino una caída en el año 2012, pero cuando esas expectativas generen retorno se volverá a producir un gran interés. Bajo esa lógica Baena calcula que la bioimpresión dentro de 3 años empezará a despuntar. Con la pandemia se ha empezado a dar más importancia a todo el sector biotecnológico. Baena establece sobre los cambios: «En estos años hemos visto el paso de lo real a lo virtual, la impresión 3D es lo contrario es el paso de lo virtual a lo real».

Explica que con la bioimpresión hemos conseguido aprender más rápido como se comporta  la célula en un ambiente similar al ambiente in vivo. En ese sentido experimentar con modelos de animales tienen una problemática, además de ética, que reside en que envejecen de forma muy diferente al ser humano. «En nuestro país  dentro de unos años los problemas van a ser los derivados del envejecimiento, con lo que el modelo animal no va a resultar tan útil».

Regemat fue de las primeras empresas que fabricaba bioimpresoras. El año pasado con la pandemia montaron un laboratorio de investigación dentro de la empresa. Y actualmente trabajan con 28 países. A día de hoy están a un millón de euros de facturación y esperan tener un crecimiento del 60%.

Pieza bioimpresa en biotinta de colágeno y alginato tras un proceso de polimerización

–

Regemat 3D

A nivel interno sus productos estrella son hueso y cartílago, y a largo plazo intentarán regenerar la médula espinal para pacientes con lesiones de médula. Un caso mediático en el que intervinieron fue el de Sidney. Usaron sus bioimpresoras para regenerar tejido cardíaco necrosado por infarto. Imprimieron un parche sobre el que se inyectaron células madre del propio paciente. Recuperando el tejido necrosado tras un infarto.

El año pasado decidieron hacer una ronda de crowdfunding. Este año se va a hacer otra ronda para seguir ampliando la red comercial y sacar otro nuevo producto. La empresa española fue la segunda del mundo que sacó su software de bioimpresion. Baena, el CEO de Regemat considera que los grupos más grandes todavía no se han metido en la bioimpresión, pero lo harán en el futuro. No obstante, señala que falta financiación pública y se necesita un rediseño de las políticas de inversión en biotech».

Pulmones del futuro

En la Universidad de Barcelona, el grupo al que pertenece Jordi Otero se dedica principalmente a la ingeniería de tejidos para la medicina regenerativa. «Históricamente nos hemos dedicado a las enfermedades respiratorias. Hemos trabajado en la bioimpresión y en la investigación de biomateriales para aplicaciones de pulmón», afirma.

El investigador detalla que trabajan con pulmones de cerdo, a los que les quitan todas las células y se pulverizan y acaban teniendo pulmón de cerdo en polvo, y con ello mediante diversos procesos químicos se fabrican hidrogeles que es con lo que se puede bioimprimir. También usan la descelularización, se quitan todas las células y cultivan otras, manteniendo la estructura del pulmón. Eso ya se ha probado en animales pequeños, en ratas, y en animales grandes como cerdos. El problema está en que para reconstruir un pulmón los alvéolos son muy pequeños y la resolución de las impresoras no es suficiente. La técnica más avanzada se publicó hace un año en `Science´ usando material sintético, se logró hacer una estructura de un alveólo con capilares alrededor.

Llevan cinco años con el proyecto y colaboran con la Universidad de Vermont en USA, con el grupo del profesor Daniel Weiss. «El que haya una empresa de bioimpresión a un precio asequible permite un mayor desarrollo y presencia en hospitales públicos, y en el sector privado veremos que la impresión 3D en odontología evolucionará a la bioimpresión», comenta Otero. 

Cualquier órgano tiene miles de proteínas diferentes, conseguir mimetizar eso con un material sintetizado es muy complicado. La ventaja de la bioimpresión es que podemos hacer muchas réplicas porque tenemos automatizado el proceso, esto permite sacar mejores conclusiones. Otero explica: «Nosotros tenemos variabilidad en los experimentos porque los corazones son distintos de un cerdo a otro. Estamos dando pequeños pasos, pero todavía queda un largo camino. Un pulmón no es solo replicar la estructura hay que vascularizarlo e inervarlo».

Los primeros pasos

De primeros pasos sabe Abax Innovation Technologies, una pequeña empresa madrileña que nació hace seis años, y que se dedica a la impresión en 3D en diversos sectores, y recientemente está iniciando su inmersión en bioimpresión, porque va en el espíritu de la empresa no perder ninguna oportunidad de innovar. En cuanto a biomedicina Abax están trabajando con la Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ICAI). , directora comercial de la empresa detalla que en junio alcanzaron récord de ventas y que están creciendo a dos dígitos.

Se tienen que completar los ensayos clínicos, dejar todo definido para saber si se ha conseguido el objetivo, El fundador de la empresa, Salvador Peso García, matiza: «Estamos en investigación y generación de organoides, que son una fase previa, son unas estructuras más pequeñas que un órgano e intentan imitar las funciones de órganos más grandes, y sobre eso se hace experimentación».

En cuanto a su servicio de impresión en 3D en el tema sanitario se apoya en tres verticales: la primera es la generación de biomodelos, es decir a partir de imágenes médicas que se pueden obtener por ejemplo de una resonancia magnética. Las convierten en un archivo 3D, ese archivo se imprime y se le da al sanitario para que pueda abordar una planificación de la operación. Peso García detalla: «En un caso quirúrgicamente complicado que requiere una planificación superior esto aporta un grado extra de seguridad, menor estrés para el médico y menor riesgo para el paciente», porque si eres capaz de simular una operación previamente, el tiempo de quirófano se ve reducido, al igual que el tiempo que está anestesiado el paciente.

Cerebro impreso en 3D

–

Abax

 

La segunda vertical es la utilidad de la impresión 3D como simulador de entrenamiento para estudiantes de medicina, en lugar de un maniquí que sea estándar se puede hacer uno con escoliosis o sobrepeso para tener en cuenta la variabilidad de perfiles existentes. Asimismo para la formación resulta útil tener piezas tridimensionales, para conocer volumétricamente lo que uno está estudiando. Y luego, en tercer lugar está el I+D, encuentras que al introducir tecnología en proyectos sanitarios aparecen nuevas aplicaciones sugeridas por los expertos en las distintas áreas médicas.

También están trabajando con gente que está haciendo nuevos materiales en las Rozas, relacionados con el grafeno y los nanomateriales. Begoña Hernández señala en relación a la bioimpresión:

«Es una industria incipiente, pero fascinante», .

Avances a flor de piel

Diego Velasco Bayón es profesor de bioingeniería e ingeniería aeroespacial en la Universidad Carlos III, venía del mundo de los biomateriales, y nunca pensó que trabajaría con piel artificial hasta que se unió al grupo que la desarrolla, el Área de Ingeniería Tisular y Medicina Regenerativa (TERMeG). Han estado colaborando en el pasado con empresas. Su uso se da para trasplantes y para testeo. Está de moda esto último porque la UE prohibió la prueba de cosméticos en animales. Fue entonces cuando L´Oreal y otras compañías decidieron empezar a probar sus productos sobre piel artificial humana antes de llegar al consumidor.

<iframe width=»560″ height=»315″ src=»https://www.youtube.com/embed/eEyZUDXPWHQ» title=»YouTube video player» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen></iframe>

Bayón explica: «La piel es una de las áreas de bioimpresión más avanzada porque es más fácil abordar su desarrollo, es una estructura que no requiere mucha complejidad estructural. Hacemos epidermis y dermis. Así por ejemplo, la piel la trasplantan en un ratón y sus vasos sanguíneos pueden migrar y mantener viva esa piel, en el caso de otros órganos más complejos necesitan sus propios vasos sanguíneos». 

La limitación del proceso es la biología, si estás construyendo un órgano  tienes que tener en cuenta el tipo de células, cómo se van a comportar, cuánto proceso de maduración necesitan para formar el órgano. Ya hay productos de piel artificial que se venden en Francia o en Alemania. Se encargan y te mandan piel artificial para hacer el testeo.

Ahora su grupo está investigando hacer pieles más complejas, a nivel estructural y biológico, más maduras, intentado crear folículos pilosos y hacer piel dentro de chips. Se puede pseudoformar un órgano y meterlo dentro de un chip e imitar lo que ocurre en un cuerpo humano. El manual lo define como un sistema miniaturizado de órganos humanos. Se ha conseguido reproducir en estos chips la interacción entre células específicas que pueden ser sometidos a distintas tensiones físicas, simulando la distensión pulmonar durante la respiración o los movimientos peristálticos del aparato digestivo. Bayón aclara: «Esta vía aporta resultados más rápidos, rentables y precisos a la hora de determinar la eficacia y toxicidad de un fármaco que los obtenidos en estudios con animales o con cultivos celulares. Es como un estudio preliminar para saber si seguir adelante dado el costoso desarrollo de un fármaco». Eso está en auge y la NASA está pensando en usarlo en misiones a Marte.

Encontrar alianzas

Helena Herrada, una de las voces expertas de Idonial especifica: «Nosotros éramos Fundación Prodintec y nos fusionamos con Fundación ITMA, es decir los centros tecnológicos de Asturias se juntaron en 2019 para ser Idonial». Trabajan en el programa marco Horizonte 2020 que es europeo y en él participan distintos países, universidades y empresas con una financiación de 6,3 millones de euros.

Modelo de impresora con unos ejes mecánicos de alta precisión. Se ha empleado con éxito en diversos proyectos desde fármacos personalizados a matrices tridimensionales

–

Idonial

El proyecto se llama

cmRNAbone

, con él se pretende generar unos implantes de huesos para pacientes con osteoporosis o que han sufrido fracturas graves. Idonial colabora aportando unas bioimpresoras diseñadas específicamente para el proyecto, dado que se intenta reproducir un diseño a medida del paciente, y también participa en la generación de biotintas. Las biotintas contienen distintos biomateriales como pueden ser polímeros, hidrogeles donde se incluyen factores de crecimiento, incluso células vivas para generar estos implantes. La idea es que es el propio organismo el que regenera la lesión, de esta forma no dependes tanto de un material, como puede ser el titanio, que puede producir rechazos.

A nivel de hospitales están en un proyecto con el hospital Vall d´Hebron llamado BioPrintIA, es un consorcio español muy grande que lleva asociado un trabajo con IA. Pretende que la impresora vaya aprendiendo a medida que realiza los implantes, y luego pueda ayudar a predecir de qué forma puede obtenerse el mejor resultado. También se van a realizar implantes de cartílago y de tendón en ovejas. 

Diseño tridimensional de nariz realizada para comprobar la resolución de los equipos de la empresaHerrada comenta que cuando empezó con la bioimpresión todo el mundo lo focalizaba para órganos y trasplantes, pero hay otros sectores que se pueden ver beneficiados por la bioimpresión como es en el tratamiento del cáncer. Se puede simular un tumor con una estructura tridimensional y probar diferentes tipos de tratamiento de quimioterapia, y hacernos una idea de cómo se puede tratar en un paciente. Se pueden facilitar la vía a investigadores que a veces no tienen acceso a tejidos, porque la bioimpresion 3D es fiable y repetible. «La bioimpresión será una pieza fundamental en los hospitales, aunque en España mucha gente es donante de órganos, siempre hay un déficit de órganos y estas máquinas se harán imprescindibles», comenta la experta.

En impresión 3D trabajan en la generación de implantes de metal o cerámico a medida del paciente. Tuvieron un paciente con un cáncer de esternón, y se fabricó a medida, en titanio, una pieza de la parte que se tenía que extirpar. Y también trabajamos la impresión de medicamentos personalizados, usando impresoras 3D fabrican dosis a medida del paciente. Son campos alternativos diferentes a la bioimpresión.

El interés en la bioimpresión es exponencial, desde 2017 hasta ahora. Los expertos en el mercado están prediciendo que va a haber un aumento de la inversión en la generación de una mejor tecnología para imprimir, como con los materiales con los que se trabaja. Herrada indica: «El sueño de la medicina moderna es centrarnos cada vez más en el paciente y dejar la idea de paracetamol para todos. Esto supone considerar que hay diferentes genéticas, estilos de vida, en suma, una variabilidad significativa en los pacientes». En definitiva, se están dando los primeros pasos «en una apuesta empresarial por la personalización de la medicina que revela un futuro prometedor».

Source: Noticias