La escasez mundial de órganos hace que muchos pacientes mueran antes de que haya trasplantes disponibles.
Un campo emergente denominado ingeniería de tejidos se dedica a producir sustitutos artificiales de tejidos y órganos como soluciones permanentes para el daño de los órganos.
Los investigadores en ingeniería biomédica están desarrollando estructuras temporales de órganos en 3D denominadas andamios.
Estas podrían ayudar a regenerar tejidos dañados y, potencialmente, llevar a la creación de órganos artificiales.
Debido a la escasez mundial de órganos y al limitado número de donantes, miles de pacientes necesitan órganos y tejidos en casos de lesiones graves, enfermedades o afecciones genéticas. Muchos de estos pacientes mueren antes de que haya trasplantes disponibles.
La ingeniería de tejidos es un campo emergente que se dedica a producir sustitutos artificiales de tejidos y órganos como soluciones permanentes para reemplazar o reparar daños.
Como investigadores en ingeniería biomédica, estamos desarrollando estructuras temporales de órganos en 3D, denominadas andamios, que podrían ayudar a regenerar tejidos dañados y, potencialmente, llevar a la creación de órganos artificiales. Estos tejidos también pueden utilizarse en diversas aplicaciones de la ingeniería de tejidos, incluida la reparación de nervios mediante estructuras construidas con biomateriales.
Impresión de tejidos
Aproximadamente 22,6 millones de pacientes necesitan intervenciones neuroquirúrgicas al año en todo el mundo para tratar daños en el sistema nervioso periférico. Este daño se debe principalmente a eventos traumáticos como accidentes de tráfico, actos de violencia, lesiones laborales o partos difíciles. Se prevé que el coste de la regeneración y reparación de nervios a nivel mundial superará los 400 millones de dólares para 2025.
Las técnicas quirúrgicas actuales permiten a los cirujanos volver a alinear los extremos de los nervios y favorecer su crecimiento. Sin embargo, la recuperación del sistema nervioso lesionado no está garantizada, y casi nunca la función se recupera por completo.
Los estudios con animales, en concreto con ratas, han demostrado que si una lesión destruye más de dos centímetros de nervio, la brecha no puede salvarse adecuadamente y puede provocar la pérdida de la función muscular o de la sensibilidad. En este caso, es importante utilizar un andamio para unir los dos extremos del nervio dañado, especialmente en el caso de lesiones nerviosas grandes.
La bioimpresión 3D crea estructuras tridimensionales capa por capa, de forma similar a las impresoras 3D. Mediante esta técnica, nuestro equipo de investigación creó una estructura porosa formada por las células neuronales del paciente y un biomaterial para unir un nervio lesionado. Utilizamos alginato, derivado de algas, porque el cuerpo humano no lo rechaza.
Aunque esta técnica aún no se ha probado en personas, una vez perfeccionada, tiene el potencial de ayudar a los pacientes que esperan tejidos y órganos.
Desafíos de los materiales
El alginato es un material difícil de trabajar porque se colapsa fácilmente durante la impresión 3D. Nuestra investigación se centra en el desarrollo de nuevas técnicas para mejorar su imprimibilidad.
Para la reparación de nervios, el alginato presenta propiedades favorables para el crecimiento y las funciones de las células vivas, pero su escasa imprimibilidad en 3D limita considerablemente su fabricación. Esto significa que el alginato fluye fácilmente durante el proceso de impresión y da lugar a una estructura colapsada. Desarrollamos un método de fabricación en el que las células quedan contenidas dentro de una estructura porosa de alginato creada con una impresora 3D.
Investigaciones anteriores utilizaron técnicas de moldeado para crear alginato macizo sin estructura porosa con el fin de mejorar la regeneración nerviosa; las células no toleran bien un entorno tan sólido. Sin embargo, imprimir en 3D una estructura porosa de alginato es un reto y, a menudo, imposible.
Nuestra investigación aborda este problema imprimiendo una estructura porosa formada por alginato capa por capa, en lugar de un bloque de alginato moldeado; esta estructura tiene poros interconectados y proporciona un entorno favorable para las células. Las células pueden comunicarse fácilmente entre sí e iniciar la regeneración, mientras que el alginato impreso en 3D les proporciona un soporte temporal.
Los investigadores avanzan hacia la implementación de estructuras impresas en 3D para pacientes que sufren lesiones nerviosas y otras lesiones.
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El Centro para Tecnologías de Frontera e Innovación reúne a científicos, responsables políticos y líderes empresariales para comprender las tecnologías emergentes y sus implicaciones en el mundo real.
Gracias a la colaboración y la experimentación, el Centro ayuda a los socios a trasladar la innovación de la investigación a aplicaciones prácticas que abordan desafíos globales compartidos.
Una vez implantada en un paciente la estructura de alginato fabricada, la gran cuestión es si tiene suficiente estabilidad mecánica para soportar las fuerzas que ejercen los tejidos del cuerpo. Desarrollamos un novedoso modelo numérico para predecir el comportamiento mecánico de las estructuras de alginato.
Nuestros estudios ayudarán a comprender la respuesta celular, que es el principal factor que debe tenerse en cuenta al evaluar el éxito de las estructuras de alginato.
