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Articulo de referencia

Impresión de órganos

Corazón artificial total desarrollado en la ETH Zúrich. La impresión de órganos utiliza técnicas similares a la impresión 3D convencional , donde un modelo informático se introd...

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Corazón artificial total desarrollado en la ETH Zúrich.

La impresión de órganos utiliza técnicas similares a la impresión 3D convencional , donde un modelo informático se introduce en una impresora que deposita capas sucesivas de plástico o cera hasta producir un objeto 3D. [ 1 ] En el caso de la impresión de órganos, el material utilizado por la impresora es un plástico biocompatible . [ 1 ] El plástico biocompatible forma un andamio que actúa como esqueleto para el órgano que se está imprimiendo. [ 1 ] A medida que se deposita el plástico, también se siembran células humanas del órgano del paciente que se está imprimiendo. [ 1 ] Después de la impresión, el órgano se transfiere a una cámara de incubación para dar tiempo a que las células crezcan. [ 1 ] Después de un tiempo suficiente, el órgano se implanta en el paciente. [ 1 ]

Una bioimpresora 3D CELLINK

Para muchos investigadores, el objetivo final de la impresión de órganos es crear órganos que puedan integrarse completamente en el cuerpo humano. [ 1 ] La impresión de órganos exitosa tiene el potencial de impactar varias industrias, especialmente los órganos artificiales , los trasplantes de órganos , [ 2 ] la investigación farmacéutica, [ 3 ] y la formación de médicos y cirujanos . [ 4 ]

Historia

El campo de la impresión de órganos surgió de la investigación en el área de la estereolitografía , la base de la práctica de la impresión 3D que se inventó en 1984. [ 5 ] En esta primera era de la impresión 3D, no era posible crear objetos duraderos debido a que el material utilizado para el proceso de impresión no era resistente. [ 6 ] La impresión 3D se utilizaba en cambio como una forma de modelar posibles productos finales que eventualmente se fabricarían con diferentes materiales mediante técnicas más tradicionales. [ 5 ] A principios de la década de 1990, se desarrollaron nanocompuestos que permitieron que los objetos impresos en 3D fueran más duraderos, lo que permitió que los objetos impresos en 3D se utilizaran para algo más que simples modelos. [ 6 ] Fue alrededor de esta época cuando quienes trabajaban en el campo de la medicina comenzaron a considerar la impresión 3D como una vía para generar órganos artificiales. [ 5 ] A finales de la década de 1990, los investigadores médicos buscaban materiales biocompatibles que pudieran utilizarse en la impresión 3D. [ 5 ]

El concepto de bioimpresión se demostró por primera vez en 1988. [ 7 ] En ese momento, un investigador utilizó una impresora de inyección de tinta HP modificada para depositar células mediante la tecnología de citografía. [ 7 ] El progreso continuó en 1999 cuando un equipo de científicos liderado por el Dr. Anthony Atala en el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa imprimió el primer órgano artificial mediante bioimpresión . [ 8 ] Los científicos de Wake Forest imprimieron un andamio artificial para una vejiga humana y luego sembraron el andamio con células de su paciente. [ 5 ] Utilizando este método, lograron cultivar un órgano funcional y, diez años después de la implantación, el paciente no presentó complicaciones graves. [ 9 ]

Después de la vejiga en Wake Forest, se dieron pasos importantes hacia la impresión de otros órganos. En 2002, se imprimió un riñón miniatura completamente funcional. [ 6 ] En 2003, el Dr. Thomas Boland de la Universidad de Clemson patentó el uso de la impresión de inyección de tinta para células. [ 10 ] Este proceso utilizó un sistema de puntos modificado para la deposición de células en matrices 3D organizadas colocadas sobre un sustrato . [ 10 ] Esta impresora permitió una extensa investigación sobre bioimpresión y biomateriales adecuados. [ 9 ] Por ejemplo, desde estos hallazgos iniciales, la impresión 3D de estructuras biológicas se ha desarrollado aún más para abarcar la producción de estructuras de tejidos y órganos, en lugar de matrices celulares . [ 11 ] Además, se han investigado más técnicas de impresión, como la bioimpresión por extrusión, y posteriormente se han introducido como medio de producción . [ 11 ]

En 2004, el campo de la bioimpresión cambió drásticamente gracias a una nueva bioimpresora. [ 9 ] Esta nueva impresora podía utilizar células humanas vivas sin necesidad de construir previamente un andamio artificial. [ 9 ] En 2009, Organovo utilizó esta novedosa tecnología para crear la primera bioimpresora disponible comercialmente. [ 9 ] Poco después, la bioimpresora de Organovo se utilizó para desarrollar un vaso sanguíneo biodegradable , el primero de su tipo, sin andamio celular. [ 9 ]

En la década de 2010 y posteriores, se han realizado más investigaciones para producir otros órganos, como el hígado y las válvulas cardíacas , y tejidos , como una red sanguínea, mediante impresión 3D. [ 9 ] En 2019, científicos en Israel lograron un gran avance al imprimir un corazón del tamaño de un conejo con una red de vasos sanguíneos capaces de contraerse como los vasos sanguíneos naturales. [ 12 ] El corazón impreso tenía la estructura y función anatómica correctas en comparación con los corazones reales. [ 12 ] Este avance representó una posibilidad real de imprimir órganos humanos completamente funcionales. [ 9 ] De hecho, científicos de la Fundación de Varsovia para la Investigación y el Desarrollo de la Ciencia en Polonia han estado trabajando en la creación de un páncreas totalmente artificial utilizando tecnología de bioimpresión. [ 9 ] Hasta la fecha, estos científicos han logrado desarrollar un prototipo funcional. [ 9 ] Este es un campo en crecimiento y aún se está llevando a cabo mucha investigación.

Técnicas de impresión 3D

La impresión 3D para la fabricación de órganos artificiales ha sido un tema importante de estudio en la ingeniería biológica . A medida que las técnicas de fabricación rápida que implica la impresión 3D se vuelven cada vez más eficientes, su aplicabilidad en la síntesis de órganos artificiales se ha hecho más evidente. Algunos de los principales beneficios de la impresión 3D radican en su capacidad de producir en masa estructuras de andamiaje , así como en el alto grado de precisión anatómica en los productos de andamiaje. Esto permite la creación de estructuras que se asemejan más eficazmente a la microestructura de un órgano o tejido natural . [ 13 ] La impresión de órganos mediante impresión 3D se puede realizar utilizando una variedad de técnicas, cada una de las cuales confiere ventajas específicas que pueden adaptarse a tipos particulares de producción de órganos.

Escritura sacrificial en tejido funcional (SWIFT)

La técnica SWIFT (Sacrificial Writing into Functional Tissue) es un método de impresión de órganos en el que las células vivas se compactan para imitar la densidad del cuerpo humano. Durante el proceso de compactación, se crean túneles que simulan vasos sanguíneos, a través de los cuales se suministran oxígeno y nutrientes esenciales. Esta técnica integra otros métodos que solo compactaban células o creaban vasos sanguíneos . SWIFT combina ambos y representa una mejora que acerca a los investigadores a la creación de órganos artificiales funcionales. [ 2 ]

Bioimpresión 3D por estereolitografía (SLA)

Este método de impresión de órganos utiliza luz o láser controlado espacialmente para crear un patrón 2D que se superpone mediante fotopolimerización selectiva en el depósito de biotinta . Posteriormente, se puede construir una estructura 3D por capas utilizando el patrón 2D. Finalmente, se retira la biotinta del producto final. La bioimpresión SLA permite la creación de formas complejas y estructuras internas. La resolución de las características de este método es extremadamente alta y la única desventaja es la escasez de resinas biocompatibles. [ 14 ]

Bioimpresión por goteo (inyección de tinta)

La bioimpresión por goteo permite el desarrollo de estructuras celulares mediante gotas de un material específico, a menudo combinado con una línea celular. Las células también pueden depositarse de esta manera, con o sin polímero. Al imprimir andamios de polímero con estos métodos, cada gota comienza a polimerizarse al entrar en contacto con la superficie del sustrato y se fusiona en una estructura mayor a medida que las gotas se unen. La polimerización puede ocurrir mediante diversos métodos, dependiendo del polímero utilizado. Por ejemplo, la polimerización del alginato se inicia por la acción de iones de calcio en el sustrato, que se difunden en la biotinta líquida y permiten la formación de un gel resistente. La bioimpresión por goteo se utiliza comúnmente debido a su alta velocidad de producción. Sin embargo, esto puede hacerla menos adecuada para estructuras orgánicas más complejas. [ 15 ]

Bioimpresión por extrusión

La bioimpresión por extrusión consiste en la deposición uniforme de un tejido de impresión específico y una línea celular mediante un extrusor , una especie de cabezal de impresión portátil. Esto proporciona un control más preciso y delicado para la deposición del tejido o las células, y permite utilizar mayores densidades celulares en el desarrollo de estructuras tridimensionales de tejidos u órganos. Sin embargo, estas ventajas se ven contrarrestadas por la menor velocidad de impresión que implica este proceso. La bioimpresión por extrusión se combina con luz ultravioleta, que fotopolimeriza el tejido impreso para crear una estructura más estable y cohesionada. [ 11 ]

Modelado por deposición fundida

La modelización por deposición fundida (FDM) es más común y económica que la sinterización selectiva por láser. Esta impresora utiliza un cabezal de impresión de estructura similar al de una impresora de inyección de tinta; sin embargo, no utiliza tinta. Las microesferas de plástico se calientan a alta temperatura y se liberan del cabezal de impresión a medida que este se mueve, construyendo el objeto en capas finas. [ 3 ] Se puede utilizar una variedad de plásticos con las impresoras FDM. Además, la mayoría de las piezas impresas con FDM suelen estar compuestas de los mismos termoplásticos que se utilizan en las técnicas tradicionales de moldeo por inyección o mecanizado. [ 3 ] Debido a esto, estas piezas tienen características análogas de durabilidad, propiedades mecánicas y estabilidad. [ 3 ] El control de precisión permite una cantidad de liberación constante y una deposición específica en la ubicación de cada capa que contribuye a la forma. [ 3 ] A medida que el plástico caliente se deposita desde el cabezal de impresión, se fusiona o se une a las capas inferiores. A medida que cada capa se enfría, se endurece y gradualmente adquiere la forma sólida que se pretende crear a medida que se añaden más capas a la estructura.

Sinterización selectiva por láser

La sinterización selectiva por láser (SLS) utiliza material en polvo como sustrato para imprimir nuevos objetos. La SLS se puede utilizar para crear objetos de metal, plástico y cerámica. Esta técnica utiliza un láser controlado por ordenador como fuente de energía para sinterizar el material en polvo. [ 16 ] El láser traza una sección transversal de la forma del objeto deseado en el polvo, que lo fusiona en una forma sólida. [ 16 ] A continuación, se deposita una nueva capa de polvo y el proceso se repite, construyendo cada capa con cada nueva aplicación de polvo, una a una, para formar la totalidad del objeto. Una de las ventajas de la impresión SLS es que requiere muy poco utillaje adicional, es decir, lijado, una vez impreso el objeto. [ 16 ] Los avances recientes en la impresión de órganos mediante SLS incluyen construcciones 3D de implantes craneofaciales , así como andamios para la ingeniería de tejido cardíaco. [ 16 ]

Materiales de impresión

Los materiales de impresión deben cumplir con un amplio espectro de criterios, siendo uno de los más importantes la biocompatibilidad . Los andamios resultantes formados con materiales impresos en 3D deben ser física y químicamente adecuados para la proliferación celular . La biodegradabilidad es otro factor importante, ya que garantiza que la estructura artificial pueda descomponerse tras un trasplante exitoso, para ser reemplazada por una estructura celular completamente natural. Debido a la naturaleza de la impresión 3D, los materiales utilizados deben ser personalizables y adaptables, siendo adecuados para una amplia gama de tipos celulares y conformaciones estructurales. [ 17 ]

Polímeros naturales

Los materiales para impresión 3D suelen consistir en polímeros de alginato o fibrina que se han integrado con moléculas de adhesión celular , que apoyan la fijación física de las células. Estos polímeros están diseñados específicamente para mantener la estabilidad estructural y ser receptivos a la integración celular. El término bio-tinta se ha utilizado como una clasificación amplia de materiales que son compatibles con la bioimpresión 3D. [ 18 ] Los hidrogeles de alginato han surgido como uno de los materiales más comúnmente utilizados en la investigación de impresión de órganos, ya que son altamente personalizables y se pueden ajustar con precisión para simular ciertas propiedades mecánicas y biológicas características del tejido natural. La capacidad de los hidrogeles para adaptarse a necesidades específicas permite que se utilicen como un material de andamiaje adaptable, que es adecuado para una variedad de estructuras de tejido u órgano y condiciones fisiológicas . [ 19 ] Un desafío importante en el uso del alginato es su estabilidad y lenta degradación, lo que hace que el andamiaje de gel artificial sea descompuesto y reemplazado por la propia matriz extracelular de las células implantadas . [ 20 ] El hidrogel de alginato apto para impresión por extrusión suele ser menos resistente estructural y mecánicamente; sin embargo, este problema puede mitigarse mediante la incorporación de otros biopolímeros , como la nanocelulosa , para proporcionar mayor estabilidad. Las propiedades de la biotinta de alginato o de polímeros mixtos son ajustables y pueden modificarse para diferentes aplicaciones y tipos de órganos. [ 20 ]

Otros polímeros naturales que se han utilizado para la impresión de tejidos y órganos en 3D incluyen quitosano , hidroxiapatita (HA) , colágeno y gelatina . La gelatina es un polímero termosensible con propiedades que exhiben una excelente solubilidad al desgaste , biodegradabilidad, biocompatibilidad y un bajo rechazo inmunológico . [ 21 ] Estas cualidades son ventajosas y dan como resultado una alta aceptación del órgano bioimpreso en 3D cuando se implanta in vivo. [ 21 ]

Polímeros sintéticos

Los polímeros sintéticos son fabricados por el hombre a través de reacciones químicas de monómeros . Sus propiedades mecánicas son favorables ya que sus pesos moleculares pueden regularse de bajos a altos según diferentes requisitos. [ 21 ] Sin embargo, su falta de grupos funcionales y complejidad estructural ha limitado su uso en la impresión de órganos. Los polímeros sintéticos actuales con excelente imprimibilidad 3D y compatibilidad de tejidos in vivo, incluyen polietilenglicol (PEG) , poli(ácido láctico-glicólico) (PLGA) y poliuretano (PU) . El PEG es un poliéter sintético biocompatible y no inmunogénico que tiene propiedades mecánicas ajustables para su uso en bioimpresión 3D. [ 21 ] Aunque el PEG se ha utilizado en varias aplicaciones de impresión 3D, la falta de dominios de adhesión celular ha limitado su uso posterior en la impresión de órganos. El PLGA, un copolímero sintético , es ampliamente conocido en seres vivos, como animales, humanos, plantas y microorganismos . El PLGA se utiliza junto con otros polímeros para crear diferentes sistemas de materiales, incluyendo PLGA-gelatina, PLGA-colágeno, todos los cuales mejoran las propiedades mecánicas del material, biocompatibles cuando se colocan in vivo , y tienen biodegradabilidad ajustable. [ 21 ] El PLGA se ha utilizado con mayor frecuencia en construcciones impresas para esfuerzos de regeneración de hueso , hígado y otros órganos grandes. Por último, el PU es único en el sentido de que se puede clasificar en dos grupos: biodegradable o no biodegradable. [ 21 ] Se ha utilizado en el campo de la bioimpresión debido a sus excelentes propiedades mecánicas y bioinertes. Una aplicación del PU serían los corazones artificiales inanimados ; sin embargo, utilizando las bioimpresoras 3D existentes, este polímero no se puede imprimir. [ 21 ] Se creó un nuevo PU elastomérico compuesto de monómeros de PEG y policaprolactona (PCL) . [ 21 ] Este nuevo material exhibe una excelente biocompatibilidad, biodegradabilidad, bioimpresión y bioestabilidad para su uso en la impresión y fabricación de órganos bioartificiales complejos. [ 21 ] Debido a su alta construcción vascular y de red neuronal, este material puede aplicarse a la impresión de órganos de diversas maneras complejas, como el cerebro , el corazón, el pulmón y el riñón.

Polímeros híbridos naturales-sintéticos

Los polímeros híbridos naturales-sintéticos se basan en el efecto sinérgico entre los constituyentes sintéticos y biopoliméricos. [ 21 ] La metacriloil gelatina (GelMA) se ha convertido en un biomaterial popular en el campo de la bioimpresión. GelMA ha demostrado tener un potencial viable como material de biotinta debido a su biocompatibilidad adecuada y propiedades psicoquímicas fácilmente ajustables. [ 21 ] El ácido hialurónico (HA) -PEG es otro polímero híbrido natural-sintético que ha demostrado ser muy exitoso en aplicaciones de bioimpresión. El HA combinado con polímeros sintéticos ayuda a obtener estructuras más estables con alta viabilidad celular y pérdida limitada en propiedades mecánicas después de la impresión. [ 21 ] Una aplicación reciente de HA-PEG en bioimpresión es la creación de hígado artificial. Por último, una serie de polímeros híbridos biodegradables de poliuretano (PU)-gelatina con propiedades mecánicas ajustables y tasas de degradación eficientes se han implementado en la impresión de órganos. [ 21 ] Este híbrido tiene la capacidad de imprimir estructuras complejas como una construcción con forma de nariz .

Todos los polímeros descritos anteriormente tienen el potencial de ser fabricados para la creación de órganos bioartificiales implantables con fines que incluyen, entre otros, la restauración personalizada de órganos, la detección de fármacos y el análisis de modelos metabólicos .

Fuentes de células

La creación de un órgano completo a menudo requiere la incorporación de diversos tipos de células, dispuestas de forma específica y con patrones definidos. Una ventaja de los órganos impresos en 3D, en comparación con los trasplantes tradicionales , es la posibilidad de utilizar células del propio paciente para crear el nuevo órgano. Esto reduce significativamente la probabilidad de rechazo del trasplante y puede eliminar la necesidad de fármacos inmunosupresores tras el trasplante, lo que disminuiría los riesgos para la salud asociados. Sin embargo, dado que no siempre es posible obtener todos los tipos de células necesarios, puede ser preciso recolectar células madre adultas o inducir la pluripotencia en el tejido recolectado. [ 19 ] Esto implica un crecimiento y diferenciación celular que consume muchos recursos y conlleva sus propios riesgos potenciales para la salud, ya que la proliferación celular en un órgano impreso se produce fuera del cuerpo y requiere la aplicación externa de factores de crecimiento. No obstante, la capacidad de algunos tejidos para autoorganizarse en estructuras diferenciadas puede ofrecer una forma de construir simultáneamente los tejidos y formar poblaciones celulares distintas, mejorando la eficacia y la funcionalidad de la impresión de órganos. [ 22 ]

Tipos de impresoras y procesos

Los tipos de impresoras utilizadas para la impresión de órganos incluyen: [ 14 ]

  • Impresora de inyección de tinta
  • Boquilla múltiple
  • Impresora híbrida
  • Electrohilado
  • Entrega bajo demanda

Estas impresoras se utilizan en los métodos descritos anteriormente. Cada impresora requiere materiales diferentes y tiene sus propias ventajas y limitaciones.

Aplicaciones

Donación de órganos

Actualmente, el único método de tratamiento para quienes sufren insuficiencia orgánica es esperar un trasplante de un donante vivo o recientemente fallecido. [ 23 ] Solo en Estados Unidos, hay más de 100 000 pacientes en la lista de espera para trasplantes de órganos. [ 24 ] Los pacientes en la lista de espera pueden esperar días, semanas, meses o incluso años para que haya un órgano compatible. El tiempo de espera promedio para algunos trasplantes de órganos comunes es el siguiente: cuatro meses para un corazón o pulmón, once meses para un hígado, dos años para un páncreas y cinco años para un riñón. [ 25 ] Esto representa un aumento significativo con respecto a la década de 1990, cuando un paciente podía esperar tan solo cinco semanas para un corazón. [ 23 ] Estos largos tiempos de espera se deben a la escasez de órganos, así como a la necesidad de encontrar un órgano compatible con el receptor. [ 25 ] Un órgano se considera adecuado para un paciente en función del tipo de sangre , el tamaño corporal comparable entre el donante y el receptor, la gravedad de la condición médica del paciente, el tiempo que el paciente ha estado esperando un órgano, la disponibilidad del paciente (es decir, la posibilidad de contactar al paciente, si el paciente tiene una infección), la proximidad del paciente al donante y el tiempo de viabilidad del órgano donado. [ 26 ] En Estados Unidos, 20 personas mueren cada día esperando órganos. [ 24 ] La impresión 3D de órganos tiene el potencial de eliminar ambos problemas; si los órganos pudieran imprimirse tan pronto como se necesiten, no habría escasez. Además, sembrar los órganos impresos con las propias células del paciente eliminaría la necesidad de examinar los órganos de donantes para comprobar su compatibilidad.

Formación médica y quirúrgica

El uso quirúrgico de la impresión 3D ha evolucionado desde la impresión de instrumental quirúrgico hasta el desarrollo de tecnologías específicas para cada paciente, como reemplazos articulares totales, implantes dentales y audífonos . [ 27 ] En el campo de la impresión de órganos, existen aplicaciones para pacientes y cirujanos. Por ejemplo, se han utilizado órganos impresos para modelar la estructura y las lesiones, con el fin de comprender mejor la anatomía y discutir un plan de tratamiento con los pacientes. [ 28 ] En estos casos, no se requiere la funcionalidad del órgano, sino que se utiliza para demostrar la viabilidad del concepto. Estos modelos de órganos permiten avanzar en la mejora de las técnicas quirúrgicas, la formación de cirujanos sin experiencia y el desarrollo de tratamientos personalizados. [ 28 ]

Investigación farmacéutica

La tecnología de impresión de órganos en 3D permite la fabricación de estructuras de alta complejidad con gran reproducibilidad, de forma rápida y rentable. [ 3 ] La impresión 3D se ha utilizado en la investigación y fabricación farmacéutica, proporcionando un sistema transformador que permite un control preciso del tamaño y la dosis de las gotas, la medicina personalizada y la producción de perfiles complejos de liberación de fármacos. [ 3 ] Esta tecnología requiere dispositivos implantables de administración de fármacos , en los que el fármaco se inyecta en el órgano impreso en 3D y se libera una sola vez in vivo. [ 3 ] Además, la impresión de órganos se ha utilizado como una herramienta transformadora para pruebas in vitro. [ 3 ] El órgano impreso puede utilizarse en la investigación de descubrimiento y dosificación de factores de liberación de fármacos. [ 3 ]

Órgano en un chip

La tecnología de impresión de órganos también se puede combinar con la tecnología microfluídica para desarrollar órganos en chips . [ 29 ] Estos órganos en chips tienen el potencial de usarse para modelos de enfermedades, ayudar en el descubrimiento de fármacos y realizar ensayos de alto rendimiento . [ 29 ] Los órganos en chips funcionan proporcionando un modelo 3D que imita la matriz extracelular natural, lo que les permite mostrar respuestas realistas a los fármacos. [ 29 ] Hasta ahora, la investigación se ha centrado en el desarrollo de hígado en un chip y corazón en un chip, pero existe el potencial de desarrollar un modelo de cuerpo completo en un chip. [ 29 ]

Al combinar órganos impresos en 3D, los investigadores pueden crear un cuerpo en un chip. El modelo de corazón en un chip ya se ha utilizado para investigar cómo varios fármacos con efectos secundarios negativos basados ​​en la frecuencia cardíaca, como el fármaco quimioterapéutico doxorrubicina, podrían afectar a las personas de forma individual. [ 30 ] La nueva plataforma de cuerpo en un chip incluye hígado, corazón, pulmones y riñón en un chip. Los órganos en un chip se imprimen o construyen por separado y luego se integran. Mediante esta plataforma, se realizan estudios de toxicidad de fármacos a gran escala, lo que reduce el coste y aumenta la eficiencia en el proceso de descubrimiento de fármacos. [ 29 ]

Las técnicas de impresión 3D se han utilizado en diversas industrias con el objetivo general de fabricar un producto. La impresión de órganos, por otro lado, es una industria novedosa que utiliza componentes biológicos para desarrollar aplicaciones terapéuticas para trasplantes de órganos. Debido al creciente interés en este campo, es urgente establecer regulaciones y consideraciones éticas. [ 31 ] Específicamente, pueden existir complicaciones legales desde la fase preclínica hasta la traslación clínica de este método de tratamiento. [ 32 ]

Regulación

La normativa estadounidense actual sobre compatibilidad de órganos se centra en el registro nacional de donantes de órganos tras la aprobación de la Ley Nacional de Trasplante de Órganos en 1984. [ 1 ] Esta ley se estableció para garantizar una distribución equitativa y justa, aunque ha demostrado ser insuficiente debido a la gran demanda de trasplantes de órganos. La impresión de órganos puede contribuir a reducir el desequilibrio entre la oferta y la demanda mediante la impresión de órganos de reemplazo específicos para cada paciente, lo cual resulta inviable sin regulación. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) es responsable de la regulación de productos biológicos , dispositivos y medicamentos en Estados Unidos. [ 31 ] [ 32 ] Debido a la complejidad de este enfoque terapéutico, aún no se ha determinado la ubicación de la impresión de órganos en el espectro. Los estudios han caracterizado los órganos impresos como productos combinados multifuncionales, lo que significa que se sitúan entre los sectores de productos biológicos y dispositivos de la FDA; esto conlleva procesos de revisión y aprobación más extensos. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] En 2016, la FDA publicó un borrador de guía sobre las Consideraciones Técnicas para Dispositivos Fabricados mediante Aditividad y actualmente está evaluando nuevas solicitudes para dispositivos impresos en 3D. [ 34 ] Sin embargo, la tecnología en sí no está lo suficientemente avanzada como para que la FDA la generalice directamente. [ 33 ] Actualmente, las impresoras 3D, en lugar de los productos terminados, son el foco principal en las evaluaciones de seguridad y eficacia para estandarizar la tecnología para enfoques de tratamiento personalizados. Desde una perspectiva global, solo las administraciones de regulación de dispositivos médicos de Corea del Sur y Japón han proporcionado directrices que son aplicables a la bioimpresión 3D. [ 31 ]

También existen preocupaciones relacionadas con la propiedad intelectual y la titularidad. Estas pueden tener un gran impacto en asuntos más importantes como la piratería, el control de calidad en la fabricación y el uso no autorizado en el mercado negro. [ 32 ] [ 33 ] Estas consideraciones se centran principalmente en los materiales y los procesos de fabricación; se explican con mayor detalle en la subsección de aspectos legales de la impresión 3D.

Consideraciones éticas

Desde un punto de vista ético, existen preocupaciones con respecto a la disponibilidad de tecnologías de impresión de órganos, las fuentes celulares y las expectativas públicas. Si bien este enfoque puede ser menos costoso que el trasplante quirúrgico tradicional, existe escepticismo con respecto a la disponibilidad social de estos órganos impresos en 3D. Investigaciones recientes han encontrado que existe una posible estratificación social donde la población más adinerada tiene acceso a esta terapia mientras que la población general permanece en el registro de órganos. [ 35 ] También es necesario considerar las fuentes celulares mencionadas anteriormente. La impresión de órganos puede disminuir o eliminar los estudios y ensayos con animales, pero también plantea interrogantes sobre las implicaciones éticas de las fuentes autólogas y alogénicas . [ 35 ] [ 36 ] Más específicamente, se han comenzado a realizar estudios para examinar los riesgos futuros para los humanos sometidos a pruebas experimentales. [ 31 ] En general, esta aplicación puede dar lugar a diferencias sociales, culturales y religiosas, lo que dificulta la integración y regulación a nivel mundial. [ 32 ] En general, las consideraciones éticas de la impresión de órganos son similares a las de la ética general de la bioimpresión , pero se extrapolan del tejido al órgano. En definitiva, la impresión de órganos conlleva consecuencias legales y éticas a corto y largo plazo que deben tenerse en cuenta antes de que la producción a gran escala sea viable.

Impacto

La impresión de órganos para aplicaciones médicas aún se encuentra en fase de desarrollo. Por lo tanto, los impactos a largo plazo de la impresión de órganos aún no se han determinado. Los investigadores esperan que la impresión de órganos pueda disminuir la escasez de trasplantes de órganos. [ 37 ] Actualmente existe una escasez de órganos disponibles, incluidos hígado, riñones y pulmones. [ 38 ] El largo tiempo de espera para recibir órganos que salvan vidas es una de las principales causas de muerte en los Estados Unidos, con casi un tercio de las muertes cada año en los Estados Unidos que podrían retrasarse o prevenirse con trasplantes de órganos. [ 38 ] Actualmente, el único órgano que se ha bioimpreso en 3D y trasplantado con éxito a un ser humano es una vejiga. [ 39 ] La vejiga se formó a partir del tejido vesical del huésped. [ 39 ] Los investigadores han propuesto que un impacto positivo potencial de los órganos impresos en 3D es la capacidad de personalizar los órganos para el receptor. [ 3 ] Los avances que permiten utilizar las células del huésped de un receptor de órganos para sintetizar órganos disminuyen el riesgo de rechazo de órganos. [ 38 ]

La capacidad de imprimir órganos ha disminuido la demanda de pruebas en animales. [ 40 ] Las pruebas en animales se utilizan para determinar la seguridad de productos que van desde maquillaje hasta dispositivos médicos. Las empresas de cosméticos ya están utilizando modelos de tejido más pequeños para probar nuevos productos en la piel. [ 40 ] La capacidad de imprimir piel en 3D reduce la necesidad de ensayos en animales para las pruebas de maquillaje. [ 38 ] Además, la capacidad de imprimir modelos de órganos humanos para probar la seguridad y la eficacia de nuevos fármacos reduce aún más la necesidad de ensayos en animales. [ 40 ] Investigadores de la Universidad de Harvard determinaron que la seguridad de los fármacos se puede probar con precisión en modelos de tejido pulmonar más pequeños. [ 40 ] La empresa Organovo, que diseñó una de las primeras bioimpresoras comerciales en 2009, ha demostrado que los modelos de tejido 3D biodegradables se pueden utilizar para investigar y desarrollar nuevos fármacos, incluidos los que tratan el cáncer. [ 41 ] Un impacto adicional de la impresión de órganos incluye la capacidad de crear rápidamente modelos de tejido, aumentando así la productividad. [ 3 ]

Desafíos

Uno de los desafíos de la impresión 3D de órganos es recrear la vasculatura necesaria para mantenerlos vivos. [ 42 ] Diseñar una vasculatura correcta es necesario para el transporte de nutrientes, oxígeno y desechos. [ 42 ] Los vasos sanguíneos, especialmente los capilares, son difíciles debido a su pequeño diámetro. [ 38 ] Se han logrado avances en esta área en la Universidad Rice, donde los investigadores diseñaron una impresora 3D para fabricar vasos en hidrogeles biocompatibles y diseñaron un modelo de pulmones que puede oxigenar la sangre. [ 42 ] Sin embargo, esta técnica viene acompañada del desafío de replicar otros detalles minúsculos de los órganos. [ 42 ] Es difícil replicar las intrincadas redes de vías respiratorias, vasos sanguíneos y conductos biliares, así como la compleja geometría de los órganos. [ 42 ]

Los desafíos que enfrenta el campo de la impresión de órganos van más allá de la investigación y el desarrollo de técnicas para resolver los problemas de multivascularización y geometrías difíciles. Antes de que la impresión de órganos esté ampliamente disponible, se debe encontrar una fuente de células sostenibles y desarrollar procesos de fabricación a gran escala. [ 43 ] Otros desafíos incluyen el diseño de ensayos clínicos para probar la viabilidad a largo plazo y la biocompatibilidad de los órganos sintéticos. [ 43 ] Si bien se han realizado muchos avances en el campo de la impresión de órganos, se debe realizar más investigación.

Referencias

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