La bioimpresión 3D es una tecnología emergente que permite la creación de estructuras biológicas tridimensionales utilizando células de tejidos humanos y materiales compatibles, conocidos como biotintas. Se espera que el mercado de esta tecnología alcance los 5.12 billones de dólares en 2030, según Vantage Market Research. Esta técnica se basa en principios similares a la impresión 3D convencional, pero en lugar de plásticos o metales, se utilizan células y biomateriales que imitan el entorno natural de los tejidos. La precisión y versatilidad de la bioimpresión 3D abren nuevas fronteras en la medicina regenerativa, ofreciendo la posibilidad de fabricar tejidos y órganos personalizados.
El principal insumo de la bioimpresión 3D son las biotintas, que juegan un papel crucial en el éxito del tejido diseñado. Esencialmente, las biotintas son un hidrogel (un material suave y flexible que contiene agua) combinado con células vivas.
En este contexto, un grupo de investigadores comprendido por estudiantes de pregrado, maestría y los profesores Carolina Muñoz y Juan Carlos Cruz del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de los Andes, han dedicado más de cinco años al desarrollo de un hidrogel único para aplicaciones en bioimpresión 3D y medicina regenerativa. Este hidrogel patentado está compuesto principalmente de matriz extracelular modificada bioquímicamente y combinada con un nanomaterial electroconductor. Sus propiedades únicas incluyen la capacidad de fluir durante el proceso de bioimpresión sin afectar la viabilidad de las células, solidificarse mediante la exposición a la luz azul y permitir la electroestimulación del tejido impreso.
"Además de eso, el impacto que tiene en la medicina regenerativa está relacionado con la posibilidad de contar con modelos que representan, a escala reducida, un tejido humano. Esto permite evaluar compuestos químicos y fármacos, así como simular enfermedades, como infecciones o diferentes tipos de cancer. Además facilita la evaluación del desempeño de dispositivos médicos. Sin embargo, también hay posibilidades futuras de que este tipo de tecnología, y en especial las biotintas, puedan soportar el crecimiento de órganos a escala natural. Esto ayudaría a mitigar la actual falta de donantes y permitiría transplantes personalizados en el futuro", menciona Carolina Muñoz.
Las biotintas proporcionan el soporte necesario para el crecimiento y desarrollo celular en un tejido u órgano. Su calidad y composición determinan la viabilidad y funcionalidad de los tejidos impresos, lo que es esencial para aplicaciones actuales como modelos de tejidos humanos y futuras como las aplicaciones clínicas en diseño y fabricación de órganos para trasplantes. Actualmente, los modelos de tejidos bioimpresos en 3D se utilizan ampliamente en la investigación biomédica, permitiendo a los científicos estudiar enfermedades y probar nuevos tratamientos con una precisión sin precedentes en las fases preclínicas en laboratorio.
"Aplicamos electricidad sobre estos constructos y con eso logramos inducir respuestas celulares únicas. Este es un tema que se convierte en ícono, pues no muchos grupos de investigación en el mundo lo trabajan", explica Cruz. Foto: Daniel Álvarez
La innovación del hidrogel
El secreto de este avance realizado por los investigadores del Departamento de Ingeniería Biomédica radica en que el hidrogel diseñado puede fluir durante el proceso de bioimpresión sin afectar la viabilidad de las células, puede solidificarse mediante la exposición a la luz azul (no afecta ni las células, ni su material genético) manteniendo una estructura fiel, permite la electroestimulación por la presencia de un material electroconductor. Además, es un hidrogel versátil que puede utilizarse en otras aplicaciones en medicina regenerativa, como un biomaterial de relleno o adhesivo, con una manipulación fácil y rápida durante el proceso de uso.
Las propiedades únicas del hidrogel diseñado por los investigadores de la Universidad de los Andes fueron la razón por la cual se otorgó la patente en Estados Unidos, que reconoce la originalidad y potencial aplicación de este material en el campo de la medicina regenerativa. Su capacidad de ser un biomaterial extruído y manipulado con facilidad mejora la precisión, la eficiencia y reproducibilidad del proceso de bioimpresión. Además, abre la puerta a la producción de biotintas personalizadas. "Las células utilizadas pueden tener diferentes orígenes, de hecho, hay repositorios comerciales de células que podemos utilizar para fabricar tejidos. Pero también es posible hacerlo a partir de células de donantes con las que podemos diseñar un constructo personalizado. Es decir, hay una gran variedad de células que se pueden usar, pero para los propósitos de investigación por ahora utilizamos las de repositorios comerciales y validamos que el hidrogel diseñado no solo es biocompatible, sino que promueve el crecimiento celular y la maduración del tejido bioimpreso", agrega la profesora Carolina.
Por otro lado, "En el sector biomédico, los costos para llevar un desarrollo desde el laboratorio hasta los pacientes son gigantescos. Son cientos de millones de dólares. Con estas tecnologías, el ahorro podría ser del 30%, ya que es un desarrollo ágil que una vez implementado reduce muchas rutas al interior de las compañías y los sectores, tediosos e involucran a muchas personas. Entonces esta reducción en los costos la hace muy atractiva", asegura el profesor Cruz.
El futuro de la bioimpresión 3D promete revolucionar la medicina personalizada. Se espera que, con el avance continuo de esta tecnología, sea posible diseñar órganos a la medida de cada paciente, reduciendo la dependencia de los trasplantes de donantes y eliminando el riesgo de rechazo inmunológico. Este enfoque a medida no solo mejoraría los resultados clínicos, sino que también podría disminuir significativamente los costos y tiempos de espera en los sistemas de salud. La bioimpresión 3D está en camino de transformar el panorama médico, llevando la medicina regenerativa a nuevas alturas.
Nuestro objetivo principal es impactar a los pacientes. Queremos que esta tecnología llegue a la práctica clínica y que se utilice a diario para satisfacer las necesidades de los profesionales del sector salud. —Juan Carlos Cruz.
La Universidad de los Andes lidera la investigación en bioimpresión 3D y los insumos para esta tecnología, y esta nueva patente es un testimonio de su compromiso con la excelencia académica y la innovación tecnológica. Cada nuevo desarrollo nos acerca más al objetivo de crear soluciones médicas que puedan mejorar vidas en todo el mundo.
El secreto de este avance es que no daña las celulas, mantiene su estructura fiel y el material permite la electroestimulación. Foto: Daniel Álvarez.
"El hidrogel diseñado no solo es biocompatible, sino que promueve el crecimiento celular y la maduración del tejido bioimpreso", señala Catalina Muñoz. Foto: Daniel Álvarez.
En un futuro, la bioimpresión no solo mejoraría los resultados clínicos, sino que también podría disminuir significativamente los costos y tiempos de espera en los sistemas de salud. Foto: Daniel Álvarez.