El próximo paso en la impresión en 3D: los órganos humanos

El proceso emergente de la impresión 3D, que utiliza modelos digitales creados por computadora para crear objetos reales, produjo todo desde juguetes hasta joyería y comida.

Sin embargo, pronto, las impresoras 3D podrán sacar algo mucho más complejo y controversial: los órganos humanos.

Durante años, los investigadores médicos reproducen células humanas en laboratorios a mano para crear vasos sanguíneos, catéteres, tejido de la piel y otras partes corporales. Pero diseñar órganos completos, con sus estructuras celulares complicadas, es mucho más difícil.

Aquí están las impresoras 3D , que debido a su proceso preciso puede reproducir los sistemas vasculares requeridos para hacer viables a los órganos. Los científicos ya utilizan las máquinas para imprimir tiras diminutas de tejido de órganos. Y aunque imprimir órganos humanos completos para trasplantes quirúrgicos todavía está a años de distancia, la tecnología se desarrolla rápidamente.

"El proceso mecánico no es tan complicado. La parte complicada es la de los materiales, que son biológicos en naturaleza”, dijo Mike Titsch, editor en jefe de 3D Printer World, que cubre la industria. “No es como imprimir en 3D plástico o metal. El plástico no se muere si lo dejas en un estante al que le entra aire a temperatura abierta durante mucho tiempo”.

La idea de imprimir un riñón o hígado humano en un laboratorio puede parecer incomprensible, incluso aterrador.

Pero para muchos científicos en el área, la bioimpresión promete mucho. Los órganos impresos auténticos podrían utilizarse para pruebas de medicamentos o vacunas, liberar a los investigadores de métodos menos precisos como pruebas en animales o en modelos sintéticos.

Luego está la esperanza de que las impresoras 3D en algún día puedan producir órganos muy necesitados para trasplantes. Entre más aumenta la esperanza de vida, nuestros órganos fallan más.

En México alrededor de 18,170 personas están en espera de un transplante de órgano, 10,500 de ellos están en espera de un riñón según cifras del Centro Nacional de Transplantes. 

Un ‘área nueva y emocionante de la medicina’

La bioimpresión funciona así: los científicos cosechan células humanas de biopsias o células madre, para después permitir que se multipliquen en una placa de Petri, un recipiente redondo de cristal. La mezcla resultante, una clase de tinta biológica, se introduce a la impresora 3D, que a su vez es programada para acomodar diferentes tipos de células, junto con otros materiales, en figuras precisas de tres dimensiones. Doctores esperan que cuando esta pieza se introduzca al cuerpo, las células impresas 3D se integren a los tejidos existentes.

El proceso ya está viendo algo de éxito. El año pasado, un niña de dos años en Illinois que nació sin tráquea recibió un sustituto hecho a partir de sus propias células madre . El gobierno de Estados Unidos ha financiado un proyecto “cuerpo en un chip” universitario que imprime muestras de tejidos que imitan las funciones del corazón, hígado, pulmones y otros órganos. Estas muestras se colocan en un microchip y conectados a un sustituto de sangre para mantener las células vivas, lo cual permite a los doctores hacer pruebas para tratamientos específicos y monitorear su efectividad.

“Esta es una emocionante y nueva área en la medicina. Tiene el potencial para convertirse en un progreso muy importante”, dice el Dr. Jorge Rakela, una gastroenterólogo en la Mayo Clinic de Phoenix, Arizona, y miembro del comité asesor médico de la American Liver Foundation.

“La impresión 3D nos permite acercarnos a lo que pasa en la vida real, donde se tienen múltiples capas de células”, dijo. Con los modelos actuales de 2D, “si creces más de una o dos capas, las células de abajo se empiezan a asfixiar por falta de oxígeno”.

Para acelerar el desarrollo de los órganos bioimpresos, una fundación de Virginia que apoya la investigación de medicina regenerativa anunció en diciembre que la fundación que imprima un hígado funcional recibirá un premio de un millón de dólares.

Un contendiente inicial para este premio es Organovo, una empresa de California dedicada a la bioimpresión de partes humanas para fines comerciales. Al utilizar células de tejidos y células madres que han sido donadas, Organovo se encuentra desarrollando lo que esperan serán modelos auténticos de órganos humanos, principalmente hígados, para análisis de drogas.

La compañía ha impreso tiras de tejidos de hígados humanos en sus laboratorios, aunque siguen siendo muy pequeños: cuatro por cuatro por un milímetro. Cada tira toma alrededor de 45 minutos en imprimir, y toma otros dos días para que las células puedan crecer y madurar, dijo el CEO de Organovo, Keith Murphy. Después de este proceso, los modelos pueden vivir por alrededor de 40 días.

De acuerdo con Murphy, Organovo también ha creado modelos para riñones, huesos, cartílago, músculo, vasos sanguíneos y tejidos de pulmones.

“Básicamente, te permite construir tejidos de la misma manera en la que uno crea algo con legos”, dijo Murphy. “Así puedes poner las células correctas en los lugares indicados. No es como si las derramaras en un molde”.

Preocupaciones éticas

Sin embargo, no todos están cómodos con la nueva habilidad de crear partes humanas en un laboratorio.

Un director de investigación en Gartner Inc., la empresa de investigación y consultoría en tecnología de información, cree que la bioimpresión 3D avanza tan rápidamente que incitará un debate ético de gran escala en el 2016.

“Instalaciones dedicadas a la bioimpresión 3D de órganos y tejidos humanos avanzará mucho más rápido que la comprensión y aceptación general de las ramificaciones de esta tecnología”, dijo Pete Basiliere en un reporte reciente.

“Estas iniciativas tienen buenas intenciones, pero generan un número de preguntas que siguen sin respuesta”, agregó Basiliere. “¿Qué pasa cuando órganos complejos, ‘mejorados’ y con células no humanas son creados? ¿Quién controlará la habilidad para producirlos? ¿Quién asegurará la calidad de estos productos?”

Es probable que estos órganos bioimpresos sean costosos, lo cual los pondría fuera del alcance de todos menos los pacientes más ricos.

Murphy comentó que Organovo sólo usa células humanas para crear tejidos, y no ve ningún problema ético con las actividades de su compañía.

“La gente solía preocuparse por hacer investigación con cadáveres… y eso terminó rápidamente”, dijo. “No creemos que hay controversia si uno produce buena data y está ayudando a personas con problemas de salud”.

La mayoría de los expertos, incluyendo a Atala de Wake Forest , no creen que veremos bioimpresiones 3D adecuados para transplantes por años, si no es que décadas. En vez de eso, creen que el siguiente paso será la impresión de tiras de tejido, o parches, que se podrían utilizar para reparar hígados y otros órganos dañados.

“Estamos muy ansiosos por poner piezas de tejido a trabajar para los trasplantes quirúrgicos”, dijo Murphy, que espera que Organovo esté listo para iniciar ensayos clínicos en cinco años.

Claro, cualquier uso de tejidos bioimpresos en procedimientos quirúrgicos necesitaría la aprobación de la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos, por sus siglas en inglés). Esa revisión podría tomar hasta una década. Para ese entonces, la noción de un cirujano utilizando un riñón bioimpreso en un paciente ya no sería algo tan extraño. Sin embargo, esta tecnología podría crear nuevas interrogantes morales.

“Las preguntas éticas están destinadas a ser las mismas preocupaciones que hemos visto en el pasado. Muchos avances médicos han sufrido resistencias morales, desde trasplantes de órganos hasta la investigación con células madre”, dijo Tisch de 3D Printer World.

“¿Sólo los ricos serán capaces de acceder a esto? ¿Estamos jugando a ser Dios? Al final, salvar vidas tienda a triunfar sobre cualquier objeción”.