Por J. Alberto Castro
La impresión tridimensional tiene un potencial significativo para la ingeniería de tejidos. También conocida como impresión 3D las aplicaciones de esta técnica en el campo de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos son prometedoras para lograr un amplio rango de acciones, como reparar o reemplazar parcial o totalmente tejidos (por ejemplo hueso, cartílago, válvula cardiaca, vejiga, etcétera).
Aarón Misael Ortiz de la O, estudiante del Posgrado en Diseño Industrial de la UNAM, logró el diseño de un andamio, estructura porosa idónea para reproducir el tejido celular de huesos con materiales biodegradables. También ha configurado la impresora 3D Biomaker con los componentes adecuados para obtener impresiones en un medio estéril, es decir, libre de virus y agentes patógenos.
El joven innovador altamente capacitado en la impresión 3D explica a Vértigo la razón por la cual busca sustituir los injertos metálicos o cerámicos, que “aunque no son tan tóxicos sí producen malformaciones en los huesos y evitan la sanación de manera adecuada ya que nunca son estáticos y se mueven de acuerdo con las cargas que soportan”.
Por el contrario, el universitario utiliza “materiales con propiedades mecánicas similares a las del hueso y además se trata de un injerto temporal ya que donde falta un pedazo de hueso se injerta un andamio con células troncales y estas se van diferenciando de las células nativas del hueso. Cuando el material se degrada también se da la regeneración del hueso”.
Ortiz de la O detalla cómo a partir de una tomografía digital de los huesos se crea en un modelo 3D el andamio requerido; este se imprime, es decir, las estructuras biológicas diseñadas para ser implantadas y reemplazar o restaurar tejidos, con cierta geometría y porosidad, dependiendo de la zona del hueso que se pretenda recuperar.
En términos simples el archivo digital de los huesos se envía a la impresora y esta construye capa por capa cada poro de la pieza.
Posteriormente el andamio de apenas 200 micras se manda al laboratorio de ingeniería de tejidos de la UNAM, donde aplican cultivo celular para que se reproduzcan células.
Su creación: 3DBiomaker
El integrante del Laboratorio de Manufactura Digital del Posgrado en Diseño Industrial relata cómo el andamio con su valiosa carga de células se injerta por medio de cirugía en el hueco dejado por la fractura de hueso o por tumor cancerígeno.
También advierte sobre la importancia de la estructura porosa lograda por la impresora 3D ya que sin ella no sería posible la regeneración de las células dentro del andamio. Este andamio de estructura porosa es un estímulo físico para las células. Empero, si no está bien diseñado las células se van a perder y no se van a reproducir.
Otro aspecto central es imprimir en un medio estéril bajo luz ultravioleta, la cual evita la reproducción de los agentes patógenos en el ambiente de la impresora. Además se imprime con la técnica de aire laminado, que impide la introducción de gérmenes nocivos.
El entusiasmo de Ortiz de la O es tal que ya sueña con la producción masiva de su impresora en 3DBiomaker, que trabaja con el material ácido poliático, un biopolímero económico obtenido de plantas de cebada, trigo y maíz e incluso de la leche.
“La ventaja de nuestros andamios es que son confeccionados con este material biodegradable, que es reabsorbido por el organismo y desechado por la orina”, comparte el estudiante de la UNAM.
El futuro le pinta buena cara a este joven innovador: este novedoso procedimiento que combina la impresión 3D y la ingeniería de tejidos tiene grandes posibilidades en el organismo y puede usarse no solo para andamios de regeneración celular sino además en guías quirúrgicas, sin riesgo para los pacientes.
Otro aspecto a considerar es el bajo costo que tendrá esta impresora en 3D en comparación con aparatos similares en el mercado. Incluso Ortiz de la O prevé el objetivo de disminuir aún más los costos para que pueda ser adquirida por laboratorios de ingeniería de tejidos y tener mayores avances científicos.
Hace apenas algunos años Ortiz de la O, convertido en experto de impresión en 3D, conoció al doctor David Mazuca, de la Universidad de Aguascalientes, quien lo invitó a presenciar cirugías odontológicas con el propósito de animarlo a realizar proyectos de medicina en impresión 3D.
Sin resistirse el joven estudiante hizo guías quirúrgicas odontológicas, prótesis de manos y biomodelos de estructuras anatómicas surgidas de tomografías. En la UNAM conoció al doctor Marco Álvarez Pérez, quien lo involucró directamente en proyectos de regeneración de tejidos.
Diseñador industrial con licenciaturas en modelado 3D y animación, admite cómo hasta ahora solo se ha aplicado esta tecnología en conejos y ratas. Sin embargo el universitario estima un proceso de cinco años para atender casos donde faltan pedazos de hueso como consecuencia de fracturas múltiples, extirpación de tumores de cáncer y males como artritis séptica, que en ciertas ocasiones implica pérdida de tejido óseo.
Huesos renovados
Nuestros huesos se renuevan cada diez años Y a pesar de esta continua renovación las enfermedades de los huesos están entre las afecciones más comunes, en especial entre los adultos mayores. Cuando una enfermedad afecta los huesos la calidad de vida de la persona se ve seriamente comprometida.
Principales enfermedades de los huesos
Osteoporosis Es la más común de las enfermedades en los huesos, que llega a afectar a alrededor de 20% de los mayores de 50 años. Provoca disminución de la masa ósea y el deterioro de la estructura del hueso, lo que causa fragilidad y aumenta el riesgo de fractura.
Osteítis deformante o enfermedad de Paget Un trastorno progresivo caracterizado por una pérdida de masa ósea que el organismo intenta compensar mediante la regeneración acelerada de nuevo tejido óseo. Se presentan alteraciones estructurales que conducen a deformidades, dolor y fracturas.
Tumores óseos Primarios o por metástasis, provocan destrucción de masa ósea, aunque en algunos casos de metástasis puede aumentar la formación de hueso. El más común de los tumores malignos es el osteosarcoma.
Osteogénesis imperfecta (OI) Existen varios tipos de OI causadas por diferentes mutaciones genéticas que interfieren con la producción de colágeno. La enfermedad causa una extrema fragilidad a los huesos, haciendo que ocurran fracturas frecuentemente.
Osteomalacia Afecta la mineralización de los huesos, aumentando el riesgo de fracturas, en especial en pelvis, caderas y piernas. Una de las causas fundamentales es el déficit de vitamina D. Es más común en países con pocas horas de luz solar al año, debido a que la vitamina D se forma gracias a la luz del sol.