Bioimpresoras 3D como herramienta de innovación en el futuro de trasplantes de órganos
3D bioprinters as innovation tool in the future of  organ transplants
  
  Bioimpresoras  3D como uma ferramenta para a inovação no futuro de transplantes de órgãos
Carmen Gómez Aranda
Centro Universitario Temascaltepec, Universidad  Autónoma del Estado de México, México
dianakelsi@hotmai.com
Resumen 
  El presente  trabajo tuvo por objetivo demostrar que la Bioimpresora 3D tendrá un impacto  positivo como herramienta de innovación en el futuro de trasplante de órganos  en el año 2016. La idea se basa en la investigación documental ya que es una  técnica que consiste en analizar, seleccionar y recopilar información, mediante  la lectura de documentos y materiales bibliográficos que contienen datos  relacionados con el estudio.
Esta nueva  tecnología tendrá un impacto positivo en la sociedad. Diversos estudios de  diferentes autores han concluido que es una herramienta muy útil para solucionar  la falta de cultura en la donación de órganos, la larga espera para ser  candidato a un trasplante por donación y el riesgo de que sea rechazado por  nuestro cuerpo.
Palabras clave: medicina, impresión 3D, trasplante de órganos.
Abstract 
  This  work was aimed at demonstrating that the 3D Bioprinter will have a positive  impact as a tool for innovation in the future of organ transplantation in 2016.  The idea is based on documentary research since it is a technique that is to  analyze, select and collect information through the reading of documents and  bibliographic materials containing data related to the study.
This  new technology will have a positive impact on society. Several studies from  different authors have concluded that it is a very useful tool to solve the  lack of culture in organ donation, the long wait to be candidate for a  transplant by donation and the risk of that is rejected by our body.
Resumo
  Este estudo  teve como objetivo demonstrar que o bioprinter 3D terá um impacto positivo como  uma ferramenta para a inovação no futuro do transplante de órgãos em 2016. A  ideia é baseado em pesquisa documental, pois é uma técnica que envolve análise,  selecione e recolher informação através da leitura de documentos e materiais de  biblioteca que contêm dados relacionados com o estudo.
Esta nova  tecnologia terá um impacto positivo na sociedade. Vários estudos realizados por  diferentes autores concluíram que é uma ferramenta muito útil para resolver a  falta de cultura em doação de órgãos, a longa espera para ser um candidato para  uma doação de transplantes e o risco de ser rejeitado pelo organismo.
Palavras-chave: medicina, impressão em 3D, transplante de órgãos.
Fecha recepción: Enero 2016 Fecha aceptación: Junio 2016
Introducción 
  La Oficina  Europea de Patentes (OEP) anunció que el ganador del premio al Inventor Europeo  2014, considerado el Óscar de los inventores, era Charles W. Hull de Estados  Unidos, el hombre que creó la primera impresora 3D, una tecnología con un gran  potencial futurista (Saber Mas, 2014). 
  Esta es una de las tecnologías de  creciente incorporación e impacto que se utiliza actualmente para indicar la  aparición de nuevas alternativas en la medicina con el fin de mejorar la  calidad de vida de las personas: nanotecnología, biotecnología, tecnologías de  información y comunicación, robótica e inteligencia artificial. Esta unión ha  permitido crear Impresoras de órganos en 3D, lo que dado lugar a diversas  prácticas en cirugía de cerebro, elaboración de prótesis y remplazo de órganos. Las Impresoras 3D están siendo  empleadas en el área de la medicina para mejorar y preservar  la calidad   del paciente. 
En el mundo, más de mil millones de  personas tienen alguna deficiencia y cerca de 200 millones presentan algún tipo  de problema funcional, cifras que están aumentando preocupantemente. Por tanto,  requieren de apoyo para mejorar su calidad de vida. 
Sin duda, las Bioimpresoras 3D han llegado para quedarse, generando opiniones diversas. Cada vez se habla más de ellas y su rápida evolución hará que un día no muy lejano sea común tener una en casa, como si fuese una impresora de papel. Pero, ¿cuál es el impacto que provocará su uso? En este artículo se describen las diferentes opiniones de los investigadores del área. Las tecnologías de Impresión 3D se basan en las denominadas “tecnologías de procesos aditivos”, un concepto de fabricación aditiva que describe las tecnologías en las que un objeto es creado mediante la definición de una secuencia en capas. La Bio-printing 3D se está utilizando en la medicina regenerativa para combatir la necesidad de tejidos y órganos adecuados en trasplantes. En comparación con la impresión no biológica, Bio-printing 3D implica complejidades adicionales, tales como la elección de materiales, tipos de células, factores de crecimiento y diferenciación, y desafíos técnicos relacionados con la sensibilidad de las células vivas y la construcción de tejidos (Chimbo, 2016).
Antecedentes. 
  Aunque es  sorprendente lo que nos ofrece esta tecnología en tercera dimensión, este  invento no es tan nuevo ya que el primero se produjo el 9 de marzo de 1983, al  imprimir una copa de plástico negro. Hulls creó la empresa 3D Systems en 1986,  tres años después de su primera impresión, en Valencia (California). Esta  tecnología fue creada para hacer objetos de plástico y poner a prueba  prototipos (Saber Mas, 2014).
  La técnica utilizada fue la  estereolitografía, que designa un sistema de fabricación capa por capa con  aditivo sensible a los rayos UV conocido como impresora 3D laser. En 2009, este movimiento  comenzó en todo el mundo con el inicio de la empresa www.sculpteo.com que desarrolla  herramientas web que simplifican todo el proceso de la impresora 3D para  aficionados. Al mismo tiempo, Makerbot Industria fundada por Bree Pettis, lanzó  Makerbot Cupcake CNL para particulares, así que otros actores se involucraron  en el campo de las impresoras 3D historia. El  proyecto RepRap (replicador Rapid Prototyping) es un proyecto británico de la  Universidad de Bath para crear una impresora 3D en parte auto-replicativa (es  decir, sin patente y con planos disponibles  gratuitamente para todo el  mundo en internet). El primer modelo operativo, Darwin, lanzado en 2007, era  totalmente código abierto, lo que permitía a los usuarios apasionados el  ensamblarlo y mejorarlo en casa. 
  El real despegue de la impresión en 3D ocurrió  en 2011, cuando 15 000  impresoras 3D se vendieron entre los 40 modelos que ya están disponibles en el  mercado. A partir de 2014, la  impresión en 3D evolucionó de la manufactura instantánea de objetos domésticos a  generar tejidos orgánicos a partir de bases celulares. La realidad es que ya  podemos hacer cosas que  parecen de  ciencia ficción. Estamos en el antesala de la tercera revolución industrial de la  historia (Mora, 2015).
La impresión  en tercera dimensión (3D) provocará en los siguientes años una nueva revolución  industrial, por lo que HP Inc. se enfocará en este mercado a partir de 2016, y  México será parte de los países que tengan primero esta tecnología (Hernández, 2015).
Objetivo general: demostrar que la Bioimpresora 3D tendrá un impacto positivo como herramienta de innovación en el futuro de trasplantes de órganos.
Metodología documental 
  La  investigación documental es una técnica que consiste en la selección y  recopilación de información por medio de la lectura y crítica de documentos y  materiales bibliográficos. Franklin (1997) define la investigación documental  como una técnica de investigación en la que se deben seleccionar y analizar  aquellos escritos que contienen datos de interés relacionados con el estudio. 
  El desarrollo  de un proceso de investigación documental completo da como producto diferentes  tipos de trabajos documentales entre los que se encuentran compilaciones,  ensayos, críticas valorativas, estudios comparativos, memorias, monografías,  entre otros (Baray, 2015).
Al llevar a  cabo este proceso de investigación se elaboró un proyecto que comunica con  claridad y coherencia los resultados, descubrimientos, comprobaciones o  reflexiones logrados a lo largo de todo el proceso de investigación documental (Rivera, 2008).
Materiales  y métodos  
La  información necesaria para el desarrollo de este artículo se toma de la  recolección de tesis, investigaciones procedentes de instituciones tecnológicas  y artículos científicos que tratan el tema. La metodología a utilizar es  documental ya que la información se selecciona de diferentes sitios por medio  de la lectura de documentos, materiales. Más adelante mediante un proceso se  presenta un punto de discusión   (Martínez, 2002)  .
Definición de innovación 
  Se establece que la innovación es la introducción de un nuevo, o  significativamente mejorado producto (bien o servicio), de un proceso, método  de comercialización o de un nuevo método organizativo al mercado y la sociedad   (Schumpeter,   2005)  .
  La innovación es definida también como el proceso que  permite conjugar habilidades y técnicas en función de dar soluciones novedosas  a problemas particulares   (Fagerber, 2005)  .
¿Qué  es el trasplante de órganos?
Es un tratamiento médico indicado cuando toda otra alternativa para  recuperar la salud del paciente se ha agotado, que sólo es posible gracias a la  voluntad de las personas que dan su consentimiento para la donación.Se  trata del reemplazo de un órgano vital enfermo, sin posibilidad de  recuperación, por otro sano. Los órganos que se trasplantan en nuestro país  son: riñón, hígado, corazón, pulmón, páncreas e intestino. La donación de  órganos es posible sólo en 5 de cada 1000 fallecimientos debido a la  complejidad de los requerimientos necesarios para llevarla a cabo; sólo puede  concretarse si la muerte sucede en una unidad de terapia intensiva y requiere  de inmediato una serie de pasos coordinados en simultáneo  (Proyecto Salud, 2013) .
Definición  de Impresora 3D 
Una impresora  3D es un dispositivo capaz de generar un objeto sólido tridimensional mediante  (y ahí radica la principal diferencia con los sistemas de producción  tradicionales) la adición de material. Los métodos de producción tradicionales  son sustractivos, es decir, generan formas a partir de la eliminación de exceso  de material. Las impresoras se basan en modelos 3D para definir qué se va a  imprimir. Un modelo no es sino la representación digital de lo que vamos a  imprimir mediante algún software de modelado (Chimbo, 2016).
Definición de Bioimpresora 3D 
  La impresión  en 3D permite, desde hace algunos años, fabricar objetos apilando delicadamente  capas de resina o de plástico. Unos biólogos tuvieron la gran idea de reemplazar  el plástico por células para lograr crear estructuras orgánicas; la función es  la misma Impresión en 3D, sólo que imprime tejidos y órganos humanos. 
El proceso de  impresión utiliza un polímero médico, materiales inorgánicos y gel de agua  mezclado con células vivas, todo se conjunta en condiciones asépticas con lo  que obtienen un tejido con  90 % de células vivas que han sido capaces de mantenerse con  vida durante máximo cuatro meses (Gaona, 2014).
Imprimir  en 3D.
  Esta es una tecnología propia de arquitectos e ingenieros  que cumplieron su sueño de materializar sus diseños directamente desde la  computadora, con impresoras que colocan capa por capa el material deseado en el  lugar indicado. Ahora bien, de maquetas a órganos hay un gran trecho, pero no  lo suficientemente largo como para evitar que Mironov y el doctor Gabor Forgacs,  de la Universidad de Missouri en Estados Unidos, adaptaran esta tecnología a la  medicina regenerativa y de trasplantes  (Carnevale, 2010)  .
  La bio-impresora 3D se usará en hospitales, laboratorios, institutos y universidades, y será tan  esencial como es hoy en día un multímetro para un electrónico o un horno para  un panadero   (García, 2015)  .
Esto se debe a las posibilidades que ofrecen estas  máquinas en cuanto a biofabricación. Algunas de las aplicaciones inmediatas se  describen a continuación.
¿En qué consiste la de Bioimpresión 3D? 
  El bio-printingo bio-impresión es una  técnica que se centra en la identificación de estructuras y elementos que  componen tejidos específicos y, con base en ello, en la creación de un diseño  que pueda generar tejidos de laboratorio a través de bioimpresoras  especializadas. Una vez que se tiene el diseño, el siguiente paso es  desarrollar los protocolos de bioprocesos requeridos para generar varios  bloques de células, también conocidos como biotintas, que se utilizarán para  construir el tejido, suplantando a los polímeros plásticos de las impresoras 3D  convencionales.     
  Los  bloques de biotintas son creados a partir de una bioimpresora, que capa a capa  desarrollará el tejido final a manera de vivero donde crecerá el material  celular. Componentes como el hidrogel es utilizado como soporte de los tejidos  para construir verticalmente la tridimensionalidad, o bien sirven como material  de relleno para canales o espacios vacíos dentro de los tejidos. Los procesos  de bio-printing se pueden adaptar a  una gran variedad de formatos, desde tejidos a micro-escala hasta el cultivo de  estructuras más grandes (Gaona, 2014). 
¿Cómo funciona una Bioimpresora 3D? 
  La impresión de órganos humanos tiene varias etapas. Primero, los científicos  toman muestras de tejidos o células madre del paciente, las que se cultivan en  laboratorio esperando que se multipliquen.   A continuación, estas células se transforman en una especie de tinta  biológica, que es la que se utiliza en la bioimpresión. Las impresoras están  programadas para crear diferentes órganos, todo a la medida de lo que requiere  el paciente. Se imprime un modelo de estas células, ya diferenciadas para su  uso, en tercera dimensión, para luego implantarlas en el cuerpo humano,  esperando que se fundan con las células ya existentes, reemplazando al órgano  que falla. 
  No se imprime un órgano tal como lo  conocemos, sino son conjuntos celulares capaces de realizar los procesos que no  están funcionando por el fallo del órgano. Incluye dos cabezas de  impresora, una para colocar células humanas y la otra para colocar un hidrogel,  trama o matriz de soporte. La cabeza de impresión celular forma las células en  gotas de 100 μm- 500 μm de diámetro, cada una con 10 000-30 000 células (Valenzuela, 2014). 
  Las gotas retienen su forma bien y pasan  fácilmente a través del proceso de impresión de inyección de tinta. La segunda  cabeza de inyección se usa para depositar un hidrogel a base de azúcar usado  como andamio, que no interfiere con las células o se adhiere a ellas. Una vez  que la impresión se ha completado, la estructura es dejada durante un día o dos  para permitir que las gotas se fusionen. Para estructuras tubulares como los  vasos sanguíneos, el hidrogel se imprime en el centro y en el exterior del  anillo de cada sección transversal antes de que las células sean añadidas.
  Un sistema de calibración basado en  láser, controlado por computador, es usado para posicionar repetidamente la  punta capilar unida a la cabeza de la impresora, asegurando que las células  sean colocadas en exactamente la posición correcta dentro de un micrómetro de  tolerancia. La bio-impresora 3D incluye una interfaz de software que permite a  los ingenieros construir un modelo de la construcción de un tejido antes de que  la impresora comience las construcciones físicas de los órganos, célula por  célula (Valenzuela, 2014).
Los  retos de la Bioimpresión 3D 
  En teoría suena  bien, pero los retos no son fáciles. José Becerra, catedrático de Biología  Celular en la Universidad de Málaga y director científico del Centro Andaluz de  Nanomedicina y Biotecnología ( BIONAND), hace eco de las dificultades a solucionar. 
Ventajas  y desventajas de las Bioimpresoras 3D 
Ventajas 
Preocupaciones éticas sobre la Bioimpresión 3D
Las preguntas éticas están destinadas a ser las mismas preocupaciones que hemos visto en el pasado. Muchos avances médicos han sufrido resistencias morales, desde trasplantes de órganos hasta la investigación con células madre. ¿Sólo los ricos serán capaces de acceder a esto? ¿Estamos jugando a ser Dios? Al final, salvar vidas tiende a triunfar sobre cualquier objeción (Griggs, 2014).
El previsible impacto de la impresión 3D en la medicina es uno de los principales factores que invita a pensar que será posible crear órganos y tejidos a medida, compatibles con el receptor a partir de células obtenidas del propio paciente. Una prueba de ello son los equipos capaces de fabricar tejido hepático vivo, que ya son una realidad, como muestra el catálogo de la empresa estadounidense Organovo, una de las líderes del sector (Prats, 2013).
Métodos y técnicas que dan  resultados favorables a esta innovadora tecnología, llamada Bioimpresora 3D
  Se demuestran los contados trasplantes de  este tipo que se han realizado hasta la fecha, cuando ya no hay más alternativa  y se utiliza la tecnología como ultima opción. 
  Fue muy sonado el caso de Hannah Warren,  una niña de dos años que sufría una rara enfermedad (agnesia traqueal  congénita) que le impedía alimentarse por la boca, hablar o respirar con  normalidad, porque su tráquea no se había desarrollado. Fue la persona más  joven del mundo en recibir un trasplante de tráquea bioartificial, a partir de  fibras de plástico a las que se añadieron las células propias de la niña,  extraídas de su médula ósea. Esto sucedió el 9 de abril de 2013 (el responsable  de la intervención: Paolo Macchiarini (Tardón, 2016). 
En palabras de Julio Acero, jefe del  Servicio de Cirugía Oral y Maxilofacial del Hospital Universitario Ramón y  Cajal de Madrid, el avance de Atala y sus compañeros consiste en una  combinación de impresión en tres dimensiones con ingeniería tisular. En la  actualidad, la impresión tridimensional la empleamos de forma rutinaria en  nuestro taller de anaplastología, para hacer implantes craneales, reconstrucción  de guías para reparar la mandíbula, placas para fijar los colgajos. El objetivo  de unir el crecimiento celular con la impresión 3D, agrega este especialista,  es dar una estructura más viva al órgano, en este caso la oreja, con su piel,  su cartílago (Tardón, 2016).
  El propio Atala subraya que la nueva  tecnología permitiría elaborar tejidos vivos y órganos para implantarlos  quirúrgicamente. La oreja no es el único órgano artificial con el que se está  trabajando en laboratorio, se están creando otros prototipos de riñones, vejigas,  piel, huesos, corazón. Aunque estamos en una fase inicial, argumenta Becerra,  la bioimpresión es una vía muy prometedora. Sin duda, la medicina regenerativa  para la creación de órganos es una opción muy esperanzadora, con la que en un  futuro podrían beneficiarse los pacientes que están en lista de espera de un  trasplante (Tardón, 2016).
  Este prometedor método no es el único en  el que se está trabajando en laboratorio para reducir las listas de espera de trasplantes y  evitar el rechazo de éstos. Entre otras utilidades, existen  otras dos fórmulas que también podrían tener éxito en el futuro,  la descelularización de órganos y el uso de  órganos animales, de la primera técnica existe una experiencia en Estocolmo, que  consiste en el lavado de órganos para eliminar las células del donante y evitar  así una respuesta inmunológica del paciente receptor al recibir el implante. En  cuanto al uso de órganos animales, el nombre del español Juan Carlos Izpisúa es  clave, este científico dirige una investigación que pretende desarrollar  órganos humanos en el interior de cerdos. El proyecto se está llevando a cabo  en una granja de Murcia (Tardón, 2016).
  Un grupo de cirujanos de un hospital de  Nueva York ha destacado la relevancia que tuvo la capacidad de imprimir un  corazón en 3D para salvar la vida de un pequeño bebé de dos semanas que  necesitaba ser sometido a una complicada operación quirúrgica. Este grupo de  doctores imprimió  un corazón 3D a partir de los datos obtenidos en una imagen de  resonancia magnética del corazón del bebé. Dicho órgano estaba muy dañado y esa  reproducción del órgano en 3D permitió a los doctores estudiarlo y desarrollar  una estrategia detallada antes de operar. Esto supone un avance notable para las  cardiopatías congénitas y vuelve a demostrar la capacidad que  tiene la impresión 3D de ser un elemento importante en todo tipo de  tratamientos y procedimientos médicos (Pastor, 2014).
Aportación del conocimiento y comprensión  adquirido durante la investigación sobre  la Bioimpresora 3D en el futuro de trasplante  de órganos
  Como bien pudimos observar en las  investigaciones anteriores sobre los métodos y técnicas de Impresión 3D en el  campo de la medicina, todas las publicaciones que existen sobre trasplantes son  de impacto positivo, dieron resultados favorables a las personas que se  sometieron a ellos como último recurso y sabiendo que fueron creados mediante  una Bioimpreora 3D.
  Los casos reales aún son pocos, pero se  está trabajando en ello para mejorarlos y mostrar a la sociedad que pueden  suplir de una forma eficaz y segura un órgano donado por otra persona, con la  ventaja de que éste no tiene la probabilidad de ser rechazado por el cuerpo  receptor pues fue creado con sus propias células, dando un porcentaje casi nulo  de rechazo por parte del cuerpo.
  Los especialistas encargados de esta nueva  tecnología hacen ver que está avanzando a pasos agigantados día con día, y que  viene a cambiar el método de obtención de algún órgano o parte del cuerpo para  ser trasplantado y dejar atrás el difícil proceso de enlistarse y ser aceptado  como candidato para algún tipo de donación de órganos. 
Conclusiones 
  La impresión  3D está presente en casi todas las áreas  y ha demostrado que tiene un incalculable  futuro. Nos hace visualizar el presente y preguntarnos sobre la gran importancia  que tiene esta innovadora herramienta tecnológica en nuestras vidas. 
  La conclusión es  que la tecnología de Bioimpresoras 3D tendrá un impacto positivo en la  sociedad, ya que gracias a su uso se podrán salvar millones de vidas con la  creación de órganos; algunas partes del cuerpo pueden ser remplazadas con  células vivas del paciente. 
Aún hay un  largo camino que recorrer ya que existen obstáculos en las tecnologías celular,  de bioproducción e integración, las cuales juegan un papel importante para la  separación de células madre en trasplantes. Los avances tecnológicos son prueba de que todo se puede  y la imaginación es el único límite. 
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