OPINIÓN: Pulmones en un chip y corazones en 3D: el futuro de la medicina

Nota del editor: Anthony Atala es médico y dirige el Instituto para la Medicina Regenerativa Wake Forest en Carolina del Norte, Estados Unidos. Supervisa a un equipo de más de 300 médicos e investigadores que trabajan para desarrollar terapias celulares curativas y desarrollar órganos y tejidos sustitutos en el laboratorio.

(CNN)— Las impresoras en 3D actualmente se usan o se explora su uso en varios sectores , desde la impresión de juguetes y autopartes hasta carne e incluso casas.

En la medicina ya se usan para imprimir extremidades prostéticas y para crear modelos de las partes del cuerpo de los pacientes en las que los cirujanos pueden basarse durante una cirugía de reconstrucción. Por eso no sorprende que en todo el mundo se investigue si las células vivas pueden usarse para imprimir órganos o tejidos de reemplazo.

La impresión en 3D es una tecnología emocionante que espero que juegue un papel importante mientras los científicos expanden su capacidad de crear tejidos y órganos en el laboratorio.

Lo que mucha gente no sabe es que la impresora en sí no es el ingrediente "mágico" que hará realidad los órganos desarrollados en laboratorio. Las impresoras son un vehículo para hacer cosas más grandes y automatizar un proceso que debe empezar en la mesa de trabajo.

Antes de que pueda desarrollarse cualquier órgano —ya sea impreso o a mano— se deben completar varias tareas preliminares. Para el proceso es vital comprender cabalmente la biología celular. Los científicos no solo deben determinar qué clase de células usarán, sino cómo expandirlas en el laboratorio y cómo mantenerlas vivas y viables durante todo el proceso de desarrollo. ¿Necesitan estar insertas en un material biológicamente compatible? Si es así, ¿cuál es el material biológico más adecuado? El parámetro para el éxito es elevado: las estructuras que desarrollemos deben funcionar como si fuera un tejido original.

Órganos de laboratorio

Los científicos de varios equipos ya demostraron que los órganos de laboratorio pueden funcionar bastante bien en los pacientes.

Se han implantado exitosamente vejigas, vasos sanguíneos y conductos urinarios fabricados. Lo que estas estructuras tienen en común es que son una combinación de células y materiales biológicos a los que se da la forma de un órgano o tejido.

El tejido u órgano sustituto puede diseñarse por computadora con la ayuda de los estudios clínicos del paciente. Luego, la computadora controla la impresora mientras imprime con precisión la forma deseada y determina la colocación de las células.

Las impresoras que hemos diseñado nos dan la opción de usar dos o más tipos diferentes de células y de colocarlas en el punto exacto en el que tienen que estar, algo que no es posible hacer a mano.

Las impresoras en 3D también tienen la flexibilidad de usar una gran variedad de materiales biológicos para que las células se puedan imprimir en soportes de gel o rígidos, o que puedan imprimirse sin soportes. Además, las estructuras se pueden imprimir sin células, como se hizo en el caso de una férula impresa para una vía aérea que se desarrolló en la Universidad de Michigan y que salvó la vida de una niña .

Una de las principales metas de la impresión biológica es, desde luego, poder imprimir estructuras complejas como riñones, lo que podría resolver la escasez de órganos disponibles para trasplantes. Aunque creo que esto se puede lograr, hay muchos retos que superar antes de que esto se haga realidad.

Suministro de oxígeno

Cualquier estructura grande —sin importar cómo se haya creado— no se parece a un órgano totalmente funcional que se haya extraído de un donante. Aunque las estructuras impresas se hagan con células vivas, deben "incubarse" en el cuerpo para volverse totalmente funcionales. Conforme el soporte se descompone gradualmente, las células crean tejido nuevo, lo que resulta en un órgano nuevo. Uno de los mayores retos del desarrollo de tejidos es proveer oxígeno a estas estructuras mientras se integran al cuerpo.

Una de las posibilidades es imprimir en las estructuras pequeños canales que puedan poblarse con células de vasos sanguíneos. Otra opción podría ser imprimir en los soportes materiales que produzcan oxígeno. Aunque hay muchos retos que resolver, creo que la impresión de órganos complejos se hará realidad, pero hasta dentro de algunas décadas.

Otros de los proyectos que involucran a la impresión biológica se acercan mucho más a beneficiar a los pacientes. Por ejemplo: en el Instituto de Medicina Regenerativa —que recibe recursos de las Fuerzas Armadas de Estados Unidos—, nuestro equipo trabaja en la impresión de tejidos más pequeños como huesos y músculos  que podrían usarse en la reconstrucción facial. También estamos trabajando en la impresión directa de células cutáneas sobre quemaduras.

Sin embargo, los tejidos para implantes no son la única forma en la que los pacientes pueden beneficiarse de la impresión en 3D. Nuestro equipo y otras personas están usando las impresoras en 3D para imprimir hígados en miniatura que se pueden usar para probar fármacos. Además, en colaboración con otras cinco instituciones estamos trabajando para imprimir corazones, pulmones, vasos sanguíneos e hígados en circuitos integrados que se conectarán con un sucedáneo de la sangre. El sistema se llama "el cuerpo en un chip" y tiene el potencial de acelerar el desarrollo de nuevos fármacos ya que puede reemplazar los ensayos en animales que pueden ser lentos, costosos y no siempre precisos.

La impresión biológica es un campo de la ciencia que se desarrolla rápidamente y que evidentemente tiene muchas aplicaciones potenciales en la medicina.

Incluso sospecho que dentro de cinco años los investigadores buscarán tratamientos potenciales que hoy son inimaginables.

Sin embargo, es importante recordar que el proceso requiere más que poner células en un cartucho y presionar el botón de "imprimir". Los desarrollos que tienen lugar en la mesa de trabajo son parte integral de la ecuación y lo que pueda lograrse con la impresión depende en gran medida de los avances en la biología celular y la ciencia de los materiales.

Las opiniones recogidas en este texto pertenecen exclusivamente a Anthony Atala.