El futuro de la fabricación aditiva para la medicina regenerativa
El enfoque novedoso de la dimensión podría romper el molde en el campo de la bioimpresión del tejido humano.
En las últimas décadas, la fabricación aditiva ha acaparado una importante atención de la investigación. Sus perspectivas de aplicación en el campo de la medicina, en particular, son bastante prometedoras. Cada anatomía de cada individuo funciona de manera diferente: cuanto mejor sea el ajuste, mejor será el desenlace del paciente. En el sector de la salud, la fabricación aditiva se ha utilizado para crear modelos 3D para la planificación quirúrgica, implantes a medida, alineadores de ortodoncia y guías de perforación, que pueden ayudar a disminuir el tiempo de procedimiento, reducir errores médicos y proporcionar a los profesionales información adicional antes incluso de entrar en el quirófano. Estas aplicaciones macroscópicas suplican la pregunta de esta tecnología para poder influir en el cuerpo en la escala microscópica?
Dimension Inx, una compañía de medicina regenerativa con sede en Illinois, está abordando este desafío de frente. La organización se centra principalmente en el desarrollo de soluciones terapéuticas para restaurar la función tisular y de órganos. Actualmente está profundamente en su investigación sobre los beneficios de usar la impresión 3D para crear microambientes que puedan dirigir a las células a participar en ciertos comportamientos. Esto puede, a su vez, acelerar el proceso de curación.
El objetivo de la dimensión es utilizar la impresión 3D para reemplazar el tejido disfuncional por tejido sano y específico del paciente, que puede facilitar la reparación y regeneración de los órganos humanos. Esto tiene enormes implicaciones para los resultados mundiales de la atención de la salud: la impresión 3D, en combinación con el uso de células madre, puede reducir significativamente la mortalidad en pacientes que están esperando donantes adecuados de órganos. Además, puede reducir los costos de atención médica en aproximadamente 1 billón de dólares anuales sólo en los Estados Unidos. En combinación, estos dos factores podrían tener inmensas repercusiones en el sector médico mundial.
Principios subyacentes de la bioimpresión
Hay tres ingredientes necesarios para comenzar la biología de la ingeniería, por así decirlo: las propias células, la matriz extracelular y las señales. En resumen, la matriz forma el esqueleto alrededor de las células, y las señales forman la base para las interacciones entre las células y la matriz, afectando profundamente la proliferación anterior.
Sin embargo, la mayor parte de la investigación y la financiación se centra en optimizar y mejorar las propias células. Hay una profunda escasez de investigación sobre las señales (o microambientales de las células), que actúan como el modelo de acción celular. Esto es particularmente preocupante porque las células simplemente se pueden inyectar en el cuerpo y se espera que desempeñen sus tareas de manera efectiva. Aunque parte integral del proceso, las células por sí solas no pueden regenerar el tejido dañado y restaurar la función. Es necesario diseñar combinaciones particulares de estas células y señales para lograr los resultados deseados.
Dimensión Inxás Tecnología avanzada
Entra Dimension Inx, un disruptor de la industria que utiliza un enfoque contrario y novedoso para la bioimpresión. Como dice la empresa, se centra en proporcionar a las células un lugar feliz, que se refiere a un microambiente que facilita la proliferación celular. Esto se logra poniendo en práctica lo que ya sabemos sobre la biología celular y aplicándola a la impresión 3D. Es importante señalar que las ligeras diferencias en un microambiental dado pueden tener profundas implicaciones en los resultados de los pacientes. La personalización de la impresión 3D puede ser una ventaja real en este campo: imprimir ciertas plantillas para estos microambientes se pueden utilizar para promover el comportamiento celular deseado, incluyendo diferenciación celular, formación de vasos sanguíneos, o deposición de colágeno.
Hay un problema importante aquí, sin embargo. Siempre hay una compensación entre los equipos convencionales de impresión 3D y los biomateriales tradicionales. Es muy común para los procesos utilizados para requerir la modificación de ciertos biomateriales. Por ejemplo, si se utiliza colágeno, es posible que haya que añadir cierta cantidad de polimetilmetacrilato sintético (PMMA) para aumentar su resistencia. Esto afecta significativamente la biofuncionalidad y la biocompatibilidad del componente impreso.
Para mitigar esta cuestión, Dimension Inx utiliza tecnología avanzada para asegurar que los biomateriales impresos se basen en microambientes y señalización en lugar de modificación química, lo que significa que no hay compromiso en la biofuncionalidad del producto. La base de esta tecnología es un proceso de fabricación aditiva rápida y a temperatura ambiente utilizado para producir estructuras regenerativas que pueden abordar problemas complejos.
Este enfoque ascendente funciona extruyendo directamente las pintas 3D, que se secan instantáneamente y no requieren post-procesamiento (como el sinterización o el tratamiento térmico). La ventaja de estas pinturas en 3D es que diferentes tipos de pinturas se pueden combinar para crear pinturas de gradiente. Por ejemplo, la pintura utilizada para el tejido óseo se puede combinar con pintura utilizada para el tejido cartilaginoso, creando una variante "hybrid". Dimension Inx ha creado varias pinturas 3D patentadas, como Hiperelstic Bone, que contiene 90 por ciento de fosfato de calcio en peso, haciéndolo altamente biofuncional.
Un buen ejemplo del trabajo de la empresa radica en una colaboración con la Universidad Northwestern y el Ann & Robert H. Lurie Childrens Hospital de Chicago, que demostró uno de los primeros órganos implantados creados a través de la fabricación aditiva: un ovario bioprotésico en ratas.
Un científico sosteniendo un andardín de ovario de ratón con huella en 3D. (Imagen cortesía de la Universidad Northwestern.)
El equipo 3D imprimió un andéblo con una microestructura que proporcionaba las condiciones óptimas para el crecimiento y maduración de las células reproductoras. Este ovario fue implantado en una rata, que llevó a varias generaciones de cachorros, demostrando claramente su viabilidad.
Una camada de cachorros verdes nacidos del ovario bioprotésico. (Imagen cortesía de la Universidad Northwestern.)
Adopción de la tecnología
A menudo hay vacilación cuando se trata de la adopción de nuevas tecnologías, pero es crucial desarrollar nuevos flujos de trabajo para asegurar la implementación suave de la tecnología Dimension Inx. Dado que lo que está en juego es bastante alto en este ámbito, la garantía de calidad es crucial para su aplicación generalizada.
Sin embargo, esto no es en absoluto una cuestión trivial para los sistemas hospitalarios masivos. Dimensión Inx está trabajando actualmente para implementar un sistema de este tipo en sí, mientras que RICOH 3D e IBM Medical también están trabajando en su propia solución para sistemas hospitalarios a gran escala. Esto puede permitir a un gran número de médicos tener acceso a modelos impresos en 3D y acelerar la adopción de esta tecnología en los hospitales. Además, a la luz de estos acontecimientos, Estados Unidos. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) ha proporcionado directrices para la impresión 3D de dispositivos médicos en el punto de atención. El futuro parece prometedor.
Varias empresas están avanzando en la fabricación aditiva de tejido humano. Una empresa con sede en Estados Unidos es Organovo, que utiliza tecnología patentada para bioimprimir el tejido vivo. Otra compañía llamada Cyfuse, con sede en Japón, ha desarrollado su propia bioprinter llamada Regenova. Una empresa india, Next Big Innovation Labs, también se centra en la bioimpresión de órganos completos para su uso en países en desarrollo. Este interés internacional trabajará para acelerar la aplicación de esta tecnología y dar un impulso a su desarrollo.
Cómo puede la comunidad de impresión 3D ser parte de esto?
Recientemente, 3D Systems anunció que planea enfocarse en dos áreas de alto crecimiento, una de las cuales es el sector médico. Esto es consecuencia directa del hecho de que tanto los inversores como las empresas reconocen cada vez más la trayectoria positiva de la fabricación aditiva en el ámbito de la atención de la salud. Según datos de PitchBook, en los últimos dos años se han invertido más de 1.000 millones de dólares en este sector, en más de 50 empresas.
Sin embargo, los datos parecen indicar que esta industria está en un punto de inflexión. Ahora queda mucho trabajo por hacer para garantizar que tanto el público como las partes interesadas de la industria sigan convencidos de que esta tecnología puede ampliarse lo suficiente para ofrecer soluciones generalizadas de atención de la salud. Desde esta perspectiva, hay algunos pasos accionables que la comunidad puede dar.
En primer lugar, las personas en el espacio médico pueden trabajar en la mejora del acceso a esta tecnología en el punto de la atención. Esto incluye promover el uso de guías quirúrgicas, implantes y modelos de fabricación aditiva. Esto sin duda aumentará el interés de los inversores por el sector, que constituye la base para una mayor adopción.
En segundo lugar, en esta etapa, es crucial presionar a los organismos reguladores para que ofrezcan incentivos, propongan planes de reembolso y establezcan normas de calidad para esta tecnología específica. En particular, la Dirección de Desarrollo Forestal debe proporcionar una mayor orientación sobre la fabricación de partes impresas en 3D. Para lograr esto y obtener mayor claridad, los individuos deben ponerse en contacto con la FDA para indicar que hay suficiente interés en tales programas.
En tercer lugar, y probablemente lo más importante, más productos en este espacio necesitan ser comercializados. Un mayor número de productos deben estar fácilmente disponibles para el público. Este despliegue se encuentra actualmente en su insistencia. Por lo tanto, es importante que la gente de la comunidad de impresión 3D comience a comprometerse con inversionistas y encargados de formular políticas a través de múltiples vías. Ejemplos de grupos que pueden ser contactados directamente son el Advanced Regenerative Manufacturing Institute (ARMI) BiofabUSA, los EE.UU. Departamento de Asuntos de Veteranos, y la Sociedad Radiológica de América del Norte.
La dimensión Inx puede ayudar a proporcionar soluciones personalizadas para la terapéutica, cuyo progreso puede tener un profundo impacto en nuestro futuro y el de nuestra progenie.