La impresión de órganos utiliza técnicas similares a la impresión 3D convencional , donde un modelo de computadora se introduce en una impresora que aplica capas sucesivas de plástico o cera para 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 los órganos que se imprimen. [1] A medida que se coloca el plástico, también se siembra con células humanas del órgano del paciente para el que se imprime. [1] Después de la impresión, el órgano se transfiere a una cámara de incubación para que las células tengan tiempo de crecer. [1] Después de una cantidad de tiempo suficiente, el órgano se implanta en el paciente. [1] .
El objetivo final de la impresión de órganos es crear órganos que puedan integrarse completamente en el cuerpo humano, como si siempre hubieran estado allí. [1] La impresión exitosa de órganos puede afectar a varias industrias. Estos incluyen órganos y tejidos artificiales y trasplante de órganos , [2] investigación farmacéutica, [3] y la formación de médicos y cirujanos [4] .
El campo de la impresión de órganos se originó a partir de la investigación en estereolitografía , la base de la práctica de la impresión 3D , que se inventó en 1984. [5] Al comienzo de la era de la impresión 3D, era imposible crear objetos duraderos porque los materiales utilizados no eran muy duraderos. [6] Por lo tanto, al principio, la impresión 3D se utilizó simplemente como una forma de modelar productos finales potenciales que eventualmente se fabricarían a partir de diversos materiales utilizando tecnologías más tradicionales. [5] A principios de la década de 1990, se desarrollaron nanocompuestos que permitieron fortalecer los objetos impresos en 3D, lo que permitió que los objetos impresos en 3D se usaran para algo más que modelos. [6] Alrededor de este tiempo, la comunidad médica comenzó a considerar la impresión 3D como una forma de crear órganos artificiales. [5] A fines de la década de 1990, los investigadores médicos buscaban biomateriales que pudieran usarse en la impresión 3D. [5] .
El concepto de bioimpresión se demostró por primera vez en 1988. [7] Durante este tiempo, el investigador usó una impresora de inyección de tinta HP modificada para trazar células usando tecnología de citoscripción. [7] El progreso continuó en 1999 cuando un equipo de científicos dirigido por el Dr. Anthony Atala en el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa. [8] Los científicos de Wake Forest imprimieron un andamio artificial para una vejiga humana y luego lo sembraron con las células de sus pacientes . [5] Usando este método, pudieron hacer crecer un órgano funcional , y diez años después de la implantación, el paciente no tuvo complicaciones graves. [9] .
Desde la creación de la vejiga el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa ha tomado medidas para imprimir otros órganos . En 2002, se imprimió un riñón en miniatura completamente funcional (Biología) . [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 depositar células en matrices 3D organizadas colocadas sobre un sustrato. [10] Esta impresora ha permitido una amplia investigación sobre bioimpresión y biomateriales adecuados. [9] Por ejemplo, después de estos primeros descubrimientos, la impresión 3D de estructuras biológicas se desarrolló aún más para incluir la producción de estructuras de tejidos y órganos, a diferencia de las matrices celulares. [11] Además, se han explorado otros métodos de impresión, como la bioimpresión por extrusión, y posteriormente se han introducido como medio de producción . [once]
En 2004, el campo de la bioimpresión cambió radicalmente por otra nueva bioimpresora. [9] Esta nueva impresora podría utilizar células humanas vivas sin necesidad de un andamio artificial. [9] En 2009, Organovo utilizó esta nueva tecnología para crear la primera bioimpresora 3D comercialmente disponible . [9] Poco después, se creó una bioimpresora 3D. La bioimpresora se ha utilizado para desarrollar un vaso sanguíneo biodegradable , el primero de su tipo, sin andamio celular. [9] .
En los últimos diez años, la investigación adicional se ha centrado en la creación de otros órganos, como el hígado y la válvula cardíaca , y tejidos como la red circulatoria, utilizando la impresión 3D. [9] En 2019, científicos en Israel lograron un gran avance cuando pudieron imprimir un corazón del tamaño de un conejo con una red de vasos sanguíneos que pueden contraerse como los vasos sanguíneos naturales. [12] El corazón impreso tenía la estructura anatómica y la función correctas en comparación con el corazón real . [12] Este avance representó la posibilidad real de imprimir órganos humanos en pleno funcionamiento . [9] De hecho, los 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 completamente artificial utilizando tecnología de bioimpresión . [9] Hasta la fecha, estos científicos han podido crear un prototipo funcional. [9] Esta es un área en crecimiento y todavía se está investigando mucho.
En 2004, el campo de la bioimpresión cambió radicalmente por otra nueva bioimpresora 3D. [9] Esta nueva impresora podría utilizar células humanas vivas sin necesidad de un andamio artificial. [9] En 2009, Organovo utilizó esta nueva tecnología para crear la primera bioimpresora 3D comercialmente disponible . [9] Poco después, Organovo creó una bioimpresora 3D. La bioimpresora se ha utilizado para desarrollar un vaso sanguíneo biodegradable , el primero de su tipo, sin andamio celular. [9] .
La impresión 3D para la fabricación de órganos artificiales ha sido un tema de investigación importante en ingeniería biológica . A medida que las técnicas de fabricación rápida asociadas con la impresión 3D se vuelven más eficientes, su aplicabilidad en la síntesis de órganos y tejidos artificiales se vuelve más evidente. Algunas de las principales ventajas de la impresión 3D son la capacidad de producir diseños Scaffold en masa, así como el alto grado de precisión anatómica de los productos Scaffold. Esto permite crear construcciones que se asemejan más efectivamente a la microestructura de un órgano natural o estructura tisular . [13] La impresión 3D de órganos se puede realizar utilizando una variedad de técnicas, cada una con ventajas específicas adaptadas a tipos específicos de producción de órganos.
La escritura de sacrificio de tejido funcional (SWIFT) es una técnica de impresión de órganos en la que las células vivas se empaquetan densamente para imitar la densidad que se produce en el cuerpo humano. Durante el envasado, se cortan túneles para imitar los vasos sanguíneos, a través de los cuales se distribuyen el oxígeno y los nutrientes esenciales. Esta técnica combina otros métodos que solo empaquetan células o crean una vasculatura. SWIFT combina ambos métodos y es una mejora que acerca a los investigadores a la creación de órganos artificiales funcionales. [2] .
Este método de impresión de órganos utiliza luz controlada espacialmente o un láser para crear un patrón 2D que se superpone mediante fotopolimerización selectiva en un depósito de biotinta. Luego, la estructura 3D se puede colocar en capas utilizando la plantilla 2D. Después de eso, la biotinta se elimina del producto final. La bioimpresión SLA permite la creación de formas y estructuras internas complejas. La resolución de detalle de este método es extremadamente alta y el único inconveniente es la falta de resinas biocompatibles. [catorce]
La bioimpresión basada en gotas crea diseños de células utilizando gotas de un material determinado, que a menudo se combina con una línea celular. Las propias células también se pueden aplicar de esta manera con o sin polímero. Cuando se imprimen 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 más grande a medida que las gotas comienzan a fusionarse. La polimerización puede tener lugar de varias formas dependiendo del polímero utilizado. Por ejemplo, la polimerización del alginato se inicia por la acción de los iones de calcio en el sustrato, que se difunden en la biotinta líquida y permiten la formación de un gel fuerte. La bioimpresión basada en gotas se usa comúnmente debido a su velocidad de producción. Sin embargo, esto puede hacerlo menos adecuado para estructuras de órganos más complejas. [15] .
La bioimpresión por extrusión implica el suministro secuencial de un tejido impreso específico y una línea celular desde una extrusora, una especie de cabezal de impresión portátil. Esta es generalmente una forma más controlada y más suave de imprimir tejido o células, lo que permite el uso de una mayor densidad celular para crear estructuras tridimensionales de tejidos u órganos. En cualquier caso, tales ventajas se ven atenuadas por la menor velocidad de impresión utilizada en este procedimiento. La bioimpresión por extrusión a menudo se combina con luz ultravioleta, que fotopolimeriza la tela impresa para crear un diseño más estable y coordinado.
El modelado por deposición fundida (FDM) es más común y económico que la sinterización selectiva por láser. Esta impresora utiliza un cabezal de impresión de estructura similar a una impresora de inyección de tinta, pero no utiliza tinta. Las bolas de plástico se calientan a alta temperatura y se liberan del cabezal de impresión a medida que se mueve, formando el objeto en capas delgadas [3] . Las impresoras FDM pueden usar una variedad de filamentos. Además, la mayoría de las piezas impresas con FDM suelen estar compuestas por los mismos termoplásticos que se utilizan en los métodos de mecanizado o moldeo por inyección de caucho de silicona líquida tradicionales [3] . Debido a esto, dichas piezas tienen características similares de resistencia, propiedades mecánicas y estabilidad [3] . El control preciso permite una cantidad constante de liberación y un sitio de deposición específico para cada capa involucrada en la creación de la forma [3] . A medida que el plástico calentado se deposita desde el cabezal de impresión, se fusiona o fusiona con las capas subyacentes. A medida que cada capa se enfría, se solidifica y adquiere gradualmente la forma que se pretendía crear a medida que se agregan más capas a la estructura.
La sinterización selectiva por láser (SLS) utiliza material en polvo como sustrato para imprimir nuevos objetos. SLS se puede utilizar para crear objetos de metal, plástico y cerámica. Esta tecnología utiliza un láser controlado por computadora como fuente de energía para sinterizar el material en polvo. [dieciséis]
El láser dibuja una forma de sección transversal del objeto deseado en el polvo, que se fusiona en una forma sólida. [16] Luego se coloca una nueva capa de polvo y se repite el proceso. Cada capa con cada nueva aplicación de polvo, una tras otra, forma el objeto completo. Una de las ventajas de la impresión SLS es que, después de imprimir el objeto, se requieren muy pocas herramientas adicionales, es decir, lijado. [16] Los avances recientes en la impresión de órganos con SLS incluyen diseños 3D para implantes craneofaciales, así como andamios para ingeniería de tejidos cardíacos. [16] .
Los materiales impresos deben cumplir una amplia gama de criterios, uno de los principales es la biocompatibilidad . Los materiales impresos en 3D resultantes deben ser física y químicamente adecuados para la proliferación celular. La biodegradación es otro factor importante y asegura que la estructura formada artificialmente pueda ser destruida después de 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, adecuados para una amplia gama de tipos de células y conformaciones estructurales. [17]
Los materiales para la impresión 3D suelen consistir en polímeros de alginato o fibrina que se han integrado con moléculas de adhesión celular que soportan la unión física de las células. Dichos polímeros están específicamente diseñados para mantener la estabilidad estructural y la susceptibilidad a la integración celular. El término "biotinta" se refiere a una amplia gama de materiales compatibles con la bioimpresión 3D . [18] Los hidrogeles de alginato se han convertido en uno de los materiales más utilizados en la investigación de impresión de órganos porque son altamente personalizables y pueden ajustarse para imitar ciertas propiedades mecánicas y biológicas que se encuentran en los tejidos naturales. La capacidad de los hidrogeles para adaptarse a necesidades específicas les permite ser utilizados como un material de andamiaje adaptable que es adecuado para diversas estructuras de tejidos u órganos y condiciones fisiológicas [19] El principal problema cuando se utiliza alginato es su estabilidad y lenta degradación, lo que hace que difícil destruir el gel artificial y reemplazarlo con su propia matriz extracelular de células implantadas. [20] Un hidrogel adecuado para la impresión por extrusión también suele ser menos resistente desde el punto de vista estructural y mecánico; sin embargo, este problema se puede solucionar incorporando otros biopolímeros , como la nanocelulosa, para aportar una mayor estabilidad. Las propiedades del biotinta de alginato o polímero mixto son personalizables y se pueden modificar para diferentes aplicaciones y tipos de órganos. [20] . Otros polímeros naturales que se han utilizado para la impresión de tejidos y la impresión 3D de órganos incluyen quitosano , hidroxiapatita (HA) , colágeno y gelatina . La gelatina es un polímero termosensible con excelente resistencia al desgaste, solubilidad , biodegradabilidad, biocompatibilidad y bajo rechazo inmunológico. [21] . Estas cualidades son una ventaja y conducen a un alto grado de compatibilidad del órgano impreso durante la implantación.
Los polímeros sintéticos son materiales hechos por el hombre a partir de reacciones químicas de monómeros . Sus propiedades mecánicas destacan porque su peso molecular se puede ajustar de bajo a alto dependiendo de los diferentes requerimientos. [21] Sin embargo, la falta de grupos funcionales y la complejidad estructural limitan su uso en órganos de impresión. Los polímeros sintéticos modernos con excelente impresión 3D y compatibilidad con tejidos incluyen polietilenglicol (PEG), poli(ácido glicólico láctico) (PLGA) y poliuretano (PU) . PEG es un éster sintético no inmunogénico biocompatible con propiedades mecánicas controladas para uso en bioimpresión 3D . [21] Aunque PEG se ha utilizado en varias aplicaciones de impresión 3D , la falta de dominios de adhesión celular ha limitado su uso en la impresión de órganos. PLGA, un copolímero sintético que se encuentra ampliamente en seres vivos como animales, humanos, plantas y microorganismos . PLGA se usa en combinación con otros polímeros para crear una variedad de sistemas de materiales, incluidos PLGA-gelatina, PLGA-colágeno, todos los cuales mejoran las propiedades mecánicas de los materiales, la biocompatibilidad en la sala in vivo y tienen una biodegradación controlada . [21] PLGA se usa más comúnmente en diseños impresos para huesos , hígado y otros órganos grandes. Finalmente, PU es único en el sentido de que se puede dividir en dos grupos: biodegradable y no biodegradable. [21] Se ha utilizado en el campo de la bioimpresión debido a sus excelentes propiedades mecánicas y bioinertes. Una aplicación de PU podría ser un corazón artificial inanimado , sin embargo, con las bioimpresoras 3D existentes, este polímero no se puede imprimir. [21] Se creó un nuevo elastómero de PU a partir de monómeros de PEG y policaprolactona (PCL) . [21] Este nuevo material muestra biocompatibilidad , biodegradabilidad , bioimprimibilidad y bioestabilidad superiores para su uso en la impresión y fabricación de órganos bioartificiales complejos. [21] Debido a su alta vascularización y diseño de redes neuronales, este material se puede aplicar para imprimir órganos de diversa complejidad, como el cerebro , el corazón , los pulmones y los riñones .
Los polímeros híbridos naturales-sintéticos se basan en un efecto sinérgico entre los componentes sintéticos y los biopolímeros. [21] El metacriloilo de 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] Ácido hialurónico (HA) : el PEG es otro polímero híbrido natural-sintético que ha tenido mucho éxito en la bioimpresión. HA en combinación con polímeros sintéticos ayuda a producir estructuras más estables con alta viabilidad celular y pérdida limitada de propiedades mecánicas después de la impresión. [21] Una aplicación reciente de HA - PEG en la bioimpresión es la creación de un hígado artificial . Por último, se ha introducido en la impresión de órganos una serie de polímeros híbridos de poliuretano (PU) biodegradable y gelatina con propiedades mecánicas personalizables y una tasa de degradación eficiente. [21] Este híbrido permite la impresión de estructuras complejas como estructuras en forma de nariz .
Todos los polímeros descritos anteriormente se pueden convertir potencialmente en órganos bioartificiales implantables para fines que incluyen, entre otros, reparación de órganos individuales, detección de fármacos y análisis de modelos metabólicos .
La creación de un órgano completo a menudo requiere la inclusión de muchos tipos diferentes de células dispuestas en un patrón específico y modelado. Una ventaja de los órganos impresos en 3D sobre los trasplantes tradicionales es la capacidad de usar células obtenidas de un paciente para crear un nuevo órgano. Esto reduce en gran medida la probabilidad de rechazo del trasplante y puede eliminar la necesidad de medicamentos inmunosupresores después del trasplante , reduciendo así los riesgos para la salud del trasplante . Sin embargo, dado que no siempre es posible recolectar todos los tipos de células requeridos , puede ser necesario recolectar células madre adultas o células madre pluripotentes inducidas en los tejidos. [19] Esto se asocia con el crecimiento y la diferenciación celular que requieren muchos recursos y conlleva su propio conjunto de riesgos potenciales para la salud, ya que la proliferación celular en el órgano impreso ocurre fuera del cuerpo y requiere la aplicación externa de factores de crecimiento. Sin embargo, la capacidad de algunos tejidos para autoorganizarse en estructuras diferenciadas puede proporcionar la capacidad de diseñar tejidos y formar poblaciones de células distintas simultáneamente , lo que aumenta la eficiencia y la funcionalidad de la impresión de órganos. Tradicionalmente, se acepta asignar los siguientes tipos de cuerpos de impresora:
Estas impresoras se utilizan en los métodos descritos anteriormente. Cada impresora requiere diferentes materiales y tiene sus propias ventajas y limitaciones.
Actualmente, el único tratamiento para las personas con insuficiencia orgánica es esperar un trasplante de un donante vivo o recientemente fallecido. [22] Solo en los EE . UU., más de 100 000 pacientes están en la lista de espera de trasplante de órganos para la donación de órganos . [23] Los pacientes en la lista de donantes pueden esperar días, semanas, meses o incluso años hasta que esté disponible un órgano adecuado . El tiempo de espera promedio para algunos tipos comunes de trasplante de órganos es el siguiente: cuatro meses para un corazón o un pulmón , once meses para el hígado , dos años para el páncreas y cinco años para el riñón . [24] Esto es significativamente más que en la década de 1990, cuando un paciente solo podía esperar cinco semanas por un corazón . [22] Estos largos tiempos de espera se explican por la escasez de órganos , así como por la necesidad de encontrar órganos adecuados para el receptor. [24] Se considera que un órgano es adecuado para un paciente según el tipo de sangre , el tamaño corporal comparable del donante y el receptor, la gravedad de la condición médica del paciente, el tiempo que el paciente tiene que esperar por el órgano, la disponibilidad de el paciente, es decir, la capacidad de ponerse en contacto con el paciente, en su caso.
La tecnología de impresión 3D hace posible la fabricación rápida y rentable de productos de un alto grado de complejidad con alta reproducibilidad [3] . La impresión 3D se ha utilizado en la investigación y fabricación farmacéuticas, proporcionando un sistema de transformación que permite el 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 permite la creación de dispositivos implantables de administración de fármacos , en los que se inyecta un fármaco en un órgano impreso en 3D y se libera después in vivo [3] . Además, la impresión de órganos se ha utilizado como una herramienta transformadora para las pruebas in vitro [3] . El órgano impreso se puede utilizar para investigar los factores de liberación de fármacos y su dosificación [3] ..
La tecnología de impresión de órganos también se puede combinar con la tecnología de microfluidos para desarrollar un órgano en un chip. [25] Estos Organs-on-a-chip tienen el potencial de usarse para modelar enfermedades, ayudar al descubrimiento de fármacos y realizar ensayos de alto rendimiento. [25] Un órgano en un chip funciona proporcionando un modelo 3D que imita la matriz extracelular natural , lo que les permite mostrar respuestas realistas a los medicamentos. [25] Hasta ahora, la investigación se ha centrado en el desarrollo de hígado en un chip y corazón en un chip, pero existe la posibilidad de desarrollar un modelo de cuerpo entero en un chip. [25] .
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 estudiar cómo algunos medicamentos con efectos secundarios negativos basados en la frecuencia cardíaca, como el medicamento de quimioterapia doxorrubicina, pueden afectar a las personas de forma individual. [26] La nueva plataforma de órgano en un chip incluye el hígado, el corazón, los pulmones y el riñón en un chip. Los órganos en un chip se imprimen o diseñan por separado y luego se conectan entre sí. Con esta plataforma, la investigación de toxicidad de fármacos se lleva a cabo con un alto rendimiento, lo que reduce el costo y mejora la eficiencia del proceso de descubrimiento de fármacos. [25] .
Las tecnologías de impresión 3D se utilizan en diversas industrias con el objetivo común de fabricar un producto. Por otro lado, la impresión de órganos es una nueva industria que utiliza componentes biológicos para desarrollar aplicaciones terapéuticas para trasplantes de órganos. Debido al creciente interés en esta área, la regulación y las consideraciones éticas necesitan desesperadamente desarrollo. [27] En particular, puede haber complicaciones legales del uso preclínico al clínico de esta modalidad de tratamiento. [28] .
La regulación actual de la donación de órganos se ha centrado en el registro nacional de donantes de órganos desde la aprobación de la Ley Nacional de Trasplante de Órganos en 1984. [1] Esta ley se aprobó para garantizar una distribución equitativa y justa, aunque resultó insuficiente debido a la gran demanda de trasplantes de órganos. La impresión de órganos puede ayudar a reducir el desequilibrio entre la oferta y la demanda mediante la impresión de órganos para pacientes específicos; Nada de esto es posible sin regulación. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) es responsable de la regulación de productos biológicos, dispositivos y medicamentos en los Estados Unidos. [27] [28] Debido a la complejidad de este enfoque terapéutico, no se ha determinado el lugar de la impresión de órganos en el espectro. La investigación caracteriza a los órganos impresos como productos combinados multifuncionales, lo que significa que se ubican entre los sectores de dispositivos biológicos y FDA; esto conduce a procesos de revisión y aprobación más extensos. [27] [28] [29] En 2016, la FDA publicó un proyecto de directriz "Aspectos técnicos para dispositivos de fabricación aditiva" y actualmente está evaluando nuevas aplicaciones para dispositivos impresos en 3D. [30] Sin embargo, la tecnología en sí aún no está lo suficientemente madura como para que la FDA la implemente directamente. [29] En la actualidad, las impresoras 3D, en lugar de los productos terminados, son el principal tema de evaluación de seguridad y eficacia para estandarizar la tecnología para enfoques de tratamiento personalizados. Desde una perspectiva global, solo las autoridades reguladoras de dispositivos médicos de Corea del Sur y Japón han proporcionado pautas aplicables a la bioimpresión 3D. [27] .
También hay cuestiones relacionadas con la propiedad intelectual y la propiedad. Esto puede tener un gran impacto en problemas más importantes como la piratería, el control de calidad de la producción y el uso no autorizado en el mercado negro. [28] [29] Estas consideraciones son más sobre materiales y procesos de fabricación; estos se describen con más detalle en los aspectos legales de la impresión 3D.
Desde una perspectiva ética, existen preocupaciones sobre la disponibilidad de tecnologías de impresión de órganos, fuentes de células y expectativas sociales. Si bien este enfoque puede ser menos costoso que el trasplante quirúrgico tradicional, existe escepticismo sobre la disponibilidad social de estos órganos impresos en 3D. La investigación moderna ha demostrado que existe una estratificación social potencial para que la población más rica tenga acceso a esta terapia mientras la población general permanece en el registro de órganos. [31] También es necesario tener en cuenta las fuentes de células mencionadas anteriormente. La impresión de órganos puede reducir o eliminar la investigación y las pruebas con animales, pero también plantea dudas sobre las implicaciones éticas de las fuentes autólogas y alogénicas. [31] [32] Más específicamente, los estudios han comenzado a examinar los riesgos futuros para las personas que se someten a ensayos experimentales. [27] En general, dicha aplicación puede causar diferencias sociales, culturales y religiosas, lo que complica la integración y regulación global. [28] En general, las consideraciones éticas para la impresión de órganos son similares a la ética general de la bioimpresión, pero se extrapolan de los tejidos a los órganos. En general, la impresión de órganos tiene implicaciones legales y éticas a corto y largo plazo que deben tenerse en cuenta antes de que sea posible la producción en masa.
La impresión de órganos para uso médico aún está en desarrollo. Por lo tanto, queda por determinar el impacto a largo plazo de la impresión de órganos. Los investigadores esperan que la impresión de órganos pueda reducir la escasez de órganos para trasplantes [33] . Actualmente hay escasez de órganos disponibles, incluidos el hígado, los riñones y los pulmones. [34] Los largos tiempos de espera para los órganos vitales son una de las principales causas de muerte en los EE. UU., con casi un tercio de las muertes anuales en los EE. UU. que podrían retrasarse o prevenirse mediante trasplantes de órganos. [34] Actualmente, el único órgano que ha sido bioimpreso en 3D y trasplantado con éxito a humanos es la vejiga. [35] La vejiga se formó a partir de los tejidos de la vejiga del huésped. [35] Los investigadores han sugerido que un posible impacto positivo de los órganos impresos en 3D radica en la capacidad de adaptar los órganos para el receptor [3] . Los desarrollos que permiten el uso de las células del cuerpo del receptor para la síntesis de órganos reducen el riesgo de rechazo de órganos. [34] .
La capacidad de imprimir órganos ha reducido la necesidad de realizar pruebas con animales. [36] La experimentación con animales se utiliza para determinar la seguridad de productos que van desde cosméticos hasta dispositivos médicos. Las empresas cosméticas ya están utilizando pequeños modelos de tejido para probar nuevos productos en la piel. [36] La capacidad de imprimir la piel en 3D reduce la necesidad de realizar pruebas con animales para realizar pruebas cosméticas. [34] Además, la capacidad de imprimir modelos de órganos humanos para probar la seguridad y la eficacia de nuevos medicamentos reduce aún más la necesidad de realizar pruebas en animales. [36] Investigadores de la Universidad de Harvard han determinado que la seguridad de los medicamentos puede probarse con precisión en modelos pequeños de tejido pulmonar. [36] Organovo, que desarrolló una de las primeras bioimpresoras comerciales en 2009, demostró que los modelos de tejido 3D biodegradables podrían usarse para investigar y desarrollar nuevos medicamentos, incluidos los tratamientos contra el cáncer. [37] Un impacto adicional de la impresión de órganos incluye la capacidad de crear rápidamente modelos de tejidos, lo que aumenta la productividad [3] ..
Uno de los desafíos de los órganos de impresión 3D es recrear el sistema vascular necesario para mantener vivos los órganos. [38] Establecer un sistema vascular adecuado es esencial para transportar nutrientes, oxígeno y productos de desecho [38] . Los vasos sanguíneos, especialmente los capilares, son complejos debido a su pequeño diámetro. [34] Se han logrado avances en esta área en la Universidad de Rice, donde los investigadores han desarrollado una impresora 3D para fabricar vasos a partir de hidrogeles biocompatibles y han creado un modelo de pulmón que puede oxigenar la sangre [38] . Sin embargo, junto con esta técnica surge el problema de reproducir otros detalles minuciosos de los órganos [38] . Es difícil reproducir las intrincadas redes de vías respiratorias, vasos sanguíneos y conductos biliares y la compleja geometría de los órganos [38] .
Los problemas que surgen en el campo de la impresión de órganos van más allá de la investigación y desarrollo de métodos para resolver los problemas de multivasos y geometrías complejas. Antes de que la impresión de órganos esté ampliamente disponible, es necesario encontrar una fuente de células resistentes y desarrollar procesos de fabricación a gran escala. [39] . Los desafíos adicionales incluyen el desarrollo de ensayos clínicos para probar la viabilidad a largo plazo y la biocompatibilidad de los órganos sintéticos. [39] Aunque se han hecho muchos avances en el campo de la impresión de órganos, se necesita más investigación.
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