Ilustradora Raquel Duran

En pleno siglo XXI, la reparación de las lesiones producidas en las articulaciones, a nivel de cartílago, como las osteocondritis y condropatías, constituye un problema no resuelto y de vital importancia en todo el mundo, siendo uno de los mayores retos de la traumatología moderna:

El tejido cartilaginoso es un tejido que carece tanto de vasos sanguíneos como de vasos linfáticos, además de ser aneural, por lo que posee una limitada capacidad de reparación intrínseca tras ser objeto de una lesión.

Las estrategias con las que contamos actualmente encuentran obstáculos importantes debido al rechazo y a los fallos en las intervenciones, que resultan no ser suficiente para los pacientes: La mayor parte de los tratamientos resultan en la formación de un cartílago mayormente fibroso (denominado fibrocartílago), el cual es defectuoso y acaba degenerando con el paso de los años, siendo incapaz de regenerar la arquitectura y la composición de la articulación previa a la lesión. Con estos tratamientos, los pacientes logran una mejoría significativa a corto y a medio plazo, sin embargo, la búsqueda de nuevas metodologías para ampliar este período de tiempo es primordial.

La Ingeniería de tejidos emerge como una herramienta prometedora en la medicina regenerativa, ofreciendo una excelente alternativa a los tratamientos actuales. Desde sus inicios, aproximadamente hace 3 décadas, ha sido designada como un enfoque multidisciplinar, en la que encajan a la perfección Ingeniería, Ciencia de materiales y Biología, para lograr diseñar y desarrollar sustitutos morfofuncionales de los tejidos u órganos dañados, con el fin de mejorar significativamente la calidad de vida de los pacientes.

La ingeniería de tejidos conforma un puzle perfecto gracias a los 3 componentes siguientes:

• Células.
• Soporte material (andamiaje).
• Moléculas señalizadoras.

Diversas combinaciones entre estos 3 elementos impulsan las principales estrategias en las que se trabaja actualmente para conseguir regenerar el tejido cartilaginoso:

Existen técnicas que se basan únicamente en aportar células en la lesión, otras técnicas que incluyen un soporte material y moléculas señalizadoras que consiguen reclutar células para regenerar el tejido, técnicas que simulan la arquitectura del tejido nativo gracias a la presencia de un andamiaje con aporte celular, etc.

El principal esfuerzo en la regeneración del cartílago articular reside en simular las propiedades de la matriz circundante e integrar el injerto con el resto del tejido. Por ello es necesario trabajar con biomateriales compatibles:

Algunos de los resultados más prometedores a la hora de fabricar estos soportes para biomateriales parecen obtenerse gracias a la impresión 3D. El uso de esta tecnología en este ámbito ya se encuentra en estudio y cada vez queda menos para que llegue a los hospitales y laboratorios.

A pesar de que aparecieron en la década de los 80, ha sido a partir del año 2003 cuando se ha producido un crecimiento significativo en la venta de estas impresoras y se ha empezado a indagar en su potencial para campos como el diseño industrial, la arquitectura, la industria biomédica, etc.

Pero ¿Cómo funciona la impresión 3D?

Inicialmente se trabaja con un diseño, gracias al uso de software avanzado de diseño asistido por ordenador. Dicho diseño es traducido en una nube de puntos y posteriormente convertido en una matriz sobre la que la impresora realiza continuas trayectorias, depositando un polímero capa a capa a lo largo de toda la estructura, recreando el diseño de forma tridimensional.  En otras palabras, un objeto 3D se construye mediante la adición sucesiva de capas 2D de material.

Esta tecnología incluye diversos mecanismos: Estereolitografía, impresión por inyección de tinta, modelado por deposición, modelo de extrusión, fusión de un haz láser, sinterización selectiva por láser, impresión láser digital, fusión de haz de electrones, y la impresión 3D polyjet.

Independientemente de la tecnología utilizada para la impresión 3D, todos los métodos de fabricación aditiva utilizan el mismo principio de colocación de materiales capa por capa hasta que se crea todo el objeto.

Esta tecnología nos permite crear estructuras y formas completamente personalizables en tamaño y forma. Aunque muchos tejidos vivos ya se han fabricado con éxito en el laboratorio, fabricar órganos humanos de tamaño natural y completamente funcionales aún está en estudio.

El biomaterial, en estado líquido, se imprime hasta que se fabrica todo el objeto. Inmediatamente después de que el biomaterial sale por el cabezal de impresión, se solidifica para conservar la morfología de la estructura. Este proceso de transición de fase es la clave para que un biomaterial se adapte en el proceso de impresión.

Las propiedades de los biomateriales para una adecuada impresión dependen en última instancia de la naturaleza de los constituyentes:

Los componentes naturales, como el colágeno, alginato, gelatina, agarosa y ácido hialurónico se utilizan ampliamente debido a su biodegradabilidad, biocompatibilidad y abundante disponibilidad.

Los componentes sintéticos pueden ser biomateriales naturales modificados o bien biomateriales completamente artificiales. Algunos ejemplos son los derivados de polietileno, poliacrilamidas, poliéteres, polisiloxanos y poliuretanos, los cuales son ampliamente utilizados. Estos materiales tienen ventajas tales como la capacidad de ser reproducibles, alta resistencia a la tracción, así como propiedades no inmunogénicas.

La “bioimpresión 3D” solucionaría la problemática referente a los altos costes de las intervenciones y el recurso humano para implantes, y, además, permitiría establecer un tratamiento personalizado e individualizado para cada paciente.

Podemos concluir que la Impresión 3D resulta importante en el desarrollo de nuevas terapias para prevenir la degeneración del cartílago o bien promover la regeneración del tejido con el fin de replicar las propiedades fisiológicas y funcionales del tejido nativo.

Existe una promesa real de que las estrategias para regenerar en lugar de reemplazar los huesos y articulaciones dañadas algún día llegarán a la clínica, sin embargo, aún deben abordarse una serie de desafíos importantes antes de que esto se convierta en una realidad, pero quizás esté más cerca de lo que pensamos…

El futuro de la medicina está llegando. ¿Ciencia Ficción? No, realidad.

Profesora Araceli Giménez