Nun avance importante na técnica de bioimpresión 3D, creáronse células e tecidos para comportarse como no seu medio natural para construír estruturas biolóxicas "reais".
A impresión 3D é un procedemento no que se engade un material e, polo tanto, se únese ou se solidifica baixo o control dixital dun ordenador para crear un obxecto ou entidade tridimensional. Prototipado rápido e fabricación aditiva son outros termos que se empregan para describir esta técnica de creación de obxectos ou entidades complexas mediante a superposición de materiais en capas e a súa acumulación gradual, ou simplemente un método "aditivo". Esta notable tecnoloxía existe desde hai tres décadas despois de ser descuberta oficialmente en 1987, pero só recentemente se fixo famosa non só por ser un medio para producir prototipos, senón tamén por ofrecer compoñentes funcionais completos. O potencial das posibilidades da impresión 3D é tal que agora está a impulsar importantes innovacións en moitas áreas, como a enxeñaría, a fabricación e a medicina.
Existen diferentes tipos de métodos de fabricación aditiva que seguen os mesmos pasos para conseguir o resultado final. No primeiro paso crucial, o deseño créase mediante software CAD (deseño asistido por ordenador) nun ordenador, chamado plano dixital. Este software pode predicir como quedará e como se comportará a estrutura final, polo que este primeiro paso é vital para obter un bo resultado. Este deseño CAD convértese entón nun formato técnico (chamado ficheiro .stl ou linguaxe de teselación estándar) que é necesario para que a impresora 3D poida interpretar as instrucións de deseño. A continuación, hai que configurar a impresora 3D (de xeito similar a unha impresora 2D normal, doméstica ou de oficina) para a impresión real; isto inclúe configurar o tamaño e a orientación, optar por impresións horizontales ou verticais e encher os cartuchos da impresora co po axeitado. A continuación, a impresora 3D inicia o proceso de impresión, construíndo gradualmente o deseño unha capa microscópica do material cada vez. Esta capa adoita ter uns 0.1 mm de grosor, aínda que se pode personalizar para adaptarse a un obxecto particular que se vai imprimir. Todo o procedemento está case totalmente automatizado e non se require intervención física, só comprobacións periódicas para garantir o seu correcto funcionamento. Un obxecto en particular tarda varias horas ou días en completarse, dependendo do tamaño e a complexidade do deseño. Ademais, ao ser unha metodoloxía "aditiva", é económica, respectuosa co medio ambiente (sen residuos) e tamén ofrece un alcance moito maior para os deseños.
O seguinte nivel: Bioimpresión 3D
A bioimpresión é unha extensión da impresión 3D tradicional, e os avances recentes permiten aplicala a materiais vivos biolóxicos. Aínda que a impresión por inxección de tinta 3D xa se está a usar para desenvolver e fabricar dispositivos e ferramentas médicas avanzadas, é necesario dar un paso máis para imprimir, visualizar e comprender moléculas biolóxicas. A diferenza crucial é que, a diferenza da impresión por inxección de tinta, a bioimpresión baséase na biotinta, que está composta por estruturas de células vivas. Polo tanto, na bioimpresión, cando se introduce un modelo dixital particular, o tecido vivo específico imprímese e constrúese capa por capa celular. Debido aos compoñentes celulares altamente complexos do corpo vivo, a bioimpresión 3D progresa lentamente e as complexidades, como a elección de materiais, células, factores e tecidos, supoñen desafíos procesuais adicionais. Estas complexidades pódense abordar ampliando a comprensión mediante a integración de tecnoloxías de campos interdisciplinarios, como a bioloxía, a física e a medicina.
Gran avance na bioimpresión
Nun estudo publicado en Advanced Functional Materials , uns investigadores desenvolveron unha técnica de bioimpresión en 3D que emprega células e moléculas que se atopan normalmente nos tecidos naturais (o seu ambiente nativo) para crear construcións ou deseños que se asemellan a estruturas biolóxicas "reais". Esta técnica de bioimpresión en particular combina a "autoensamblaxe molecular" coa "impresión en 3D" para crear estruturas biomoleculares complexas. A autoensamblaxe molecular é un proceso polo cal as moléculas adoptan unha disposición definida por si mesmas para realizar unha tarefa específica. Esta técnica integra o "control micro e macroscópico das características estruturais" que proporciona a "impresión en 3D" co "control molecular e a nanoescala" que permite a "autoensamblaxe molecular". Emprega o poder da autoensamblaxe molecular para estimular as células que se están a imprimir, o que doutro xeito supón unha limitación na impresión en 3D cando a "tinta de impresión en 3D" normal non proporciona este medio para iso.
Os investigadores "incrustaron" estruturas en "biotinta", que é similar ao seu ambiente nativo dentro do corpo, facendo que as estruturas se comporten como o farían dentro do corpo. Esta biotinta, tamén chamada tinta de autoensamblaxe, axuda a controlar ou modular as propiedades químicas e físicas durante e despois da impresión, o que permite estimular o comportamento celular en consecuencia. Este mecanismo único, cando se aplica á bioimpresión, permítenos facer observacións sobre como funcionan estas células nos seus ambientes, o que nos dá unha instantánea e unha comprensión do escenario biolóxico real. Isto aumenta a posibilidade de construír estruturas biolóxicas en 3D imprimindo múltiples tipos de biomoléculas capaces de ensamblarse en estruturas ben definidas a múltiples escalas.
O futuro é moi esperanzador!
A investigación da bioimpresión xa se está utilizando para xerar diferentes tipos de tecidos e, polo tanto, pode ser moi importante para a enxeñaría de tecidos e a medicina rexenerativa para abordar a necesidade de tecidos e órganos axeitados para o transplante: pel, óso, enxertos, tecido cardíaco, etc. Ademais, a técnica abre unha gran variedade de posibilidades para deseñar e crear escenarios biolóxicos como ambientes celulares complexos e específicos para permitir a prosperidade da enxeñaría de tecidos creando realmente obxectos ou construcións baixo control dixital e con precisión molecular- que se asemellan ou imitan os tecidos do corpo. Pódense crear modelos de tecido vivo, óso, vasos sanguíneos e, potencialmente, órganos enteiros para procedementos médicos, formación, probas, investigación e iniciativas de descubrimento de fármacos. Unha xeración moi específica de construcións personalizadas específicas para o paciente pode axudar a deseñar tratamentos precisos, dirixidos e personalizados.
Un dos maiores obstáculos para a bioimpresión e a impresión a chorro de tinta 3D en xeral foi o desenvolvemento dun software avanzado e sofisticado para afrontar o desafío no primeiro paso da impresión: crear un deseño ou plano axeitado. Por exemplo, o plano de obxectos non vivos pódese crear facilmente, pero cando se trata de crear modelos dixitais, por exemplo, dun fígado ou dun corazón, é un reto e non é sinxelo como a maioría dos obxectos materiais. A bioimpresión definitivamente ten multitude de vantaxes (control preciso, repetibilidade e deseño individual), pero aínda está plagada de varios desafíos, sendo o máis importante a inclusión de múltiples tipos de células nunha estrutura espacial, xa que un ambiente vivo é dinámico e non estático. Este estudo contribuíu ao avance da bioimpresión 3D e pódense eliminar moitos obstáculos seguindo os seus principios. Está claro que o verdadeiro éxito da bioimpresión ten varias facetas. O aspecto máis crucial que pode potenciar a bioimpresión é o desenvolvemento de biomateriais relevantes e axeitados, a mellora da resolución da impresión e tamén a vascularización para poder aplicar esta tecnoloxía con éxito na práctica clínica. Parece imposible "crear" órganos totalmente funcionais e viables para transplantes humanos mediante bioimpresión, pero, con todo, este campo está a progresar rapidamente e hai moitos desenvolvementos á vangarda en só uns poucos anos. Debería ser posible superar a maioría dos desafíos asociados á bioimpresión, xa que os investigadores e os enxeñeiros biomédicos xa están no camiño cara a unha bioimpresión complexa exitosa.
Algúns problemas coa bioimpresión
Un punto crítico suscitado no campo da bioimpresión é que, nesta fase, é case imposible comprobar a eficacia e a seguridade de calquera tratamento biolóxico "personalizado" que se lles ofreza aos pacientes mediante esta técnica. Ademais, os custos asociados a estes tratamentos son un gran problema, especialmente no que respecta á fabricación. Aínda que é moi posible desenvolver órganos funcionais que poidan substituír órganos humanos, mesmo así, na actualidade non hai unha forma infalible de avaliar se o corpo do paciente aceptará tecido novo ou o órgano artificial xerado e se estes transplantes terán éxito.
A bioimpresión é un mercado en crecemento que se centrará no desenvolvemento de tecidos e órganos, e quizais en poucas décadas se poidan ver novos resultados nos órganos e transplantes humanos impresos en 3D . A bioimpresión en 3D seguirá sendo o desenvolvemento médico máis importante e relevante das nosas vidas.
***
Fonte (s)
Hedegaard CL 2018. Autoensamblaxe xerárquica guiada hidrodinamicamente de biotintas péptido-proteína. Materiais funcionais avanzados . https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
***
