La bioimpresión 3D: principios, fantasías y perspectivas

Introducción

La importancia de las técnicas de impresión tridimensional ha aumentado en el campo médico. Varias aplicaciones se utilizan actualmente de forma rutinaria en la cirugía facial, incluidos los modelos anatómicos impresos que se utilizan para la enseñanza y la planificación de la cirugía y la impresión industrial de objetos metálicos para permitir la creación de prototipos de placas y guías quirúrgicas personalizadas.

La bioimpresión tridimensional es la combinación de la impresión 3D y la ingeniería de tejidos. El interés terapéutico potencial en este tipo de impresión 3D podría cambiar la cara de la cirugía reconstructiva, aumentando la precisión y eliminando la necesidad de una zona donante o tratamientos inmunosupresores.

Métodos

Los autores realizaron una búsqueda bibliográfica detallada en la base de datos PubMed / MEDLINE de todas las publicaciones en idioma inglés hasta mayo de 2018. Los términos de búsqueda utilizados fueron "bioprinting Y cirugía facial", "bioprinting Y cirugía reconstructiva", "bioprinting Y la medicina regenerativa ''.

Se revisaron los resúmenes y se incluyeron publicaciones pertinentes. Se seleccionaron referencias complementarias entre las bibliografías de los artículos incluidos. Esta revisión se basó en un total de 40 publicaciones.

Discusión

> Principios de la ingeniería de tejidos

La ingeniería de tejidos es una rama de la medicina regenerativa. El objetivo de esta disciplina es utilizar las propias células del paciente para crear un injerto autólogo.

Los tres pilares de la ingeniería de tejidos son las células, los andamios y las señales (factores de crecimiento). El éxito del cultivo de tejidos in vitro se juzga por la auto-síntesis de la matriz y la multiplicación de las células.

Ha habido un gran avance en las técnicas de ingeniería de tejidos en el campo de los sustitutos de la piel. Hoy en día, los sustitutos de la piel se obtienen in vitro del cultivo de queratinocitos, que se obtiene de una pequeña biopsia de piel. Después de 4 a 6 semanas de cultivo, las láminas epidérmicas autólogas pueden ser injertadas. Esto ha cambiado el manejo de las quemaduras prolongadas graves.

Desafortunadamente, este tipo de sustituto in vitro no está disponible para otros tejidos. Por ejemplo, en el campo de la reconstrucción ósea, los injertos autólogos de espesor completo (hueso cortical o esponjoso) se extraen directamente del paciente.

Los xenoinjertos y los biomateriales sintéticos podrían ser adecuados para defectos óseos pequeños. Sin embargo, los injertos autólogos aún se consideran el estándar de oro para defectos medianos o grandes, responsables de la morbilidad de la zona donante.

> Concepto de bioimpresión 3D

La bioimpresión tridimensional es el uso de técnicas de impresión 3D para la ingeniería de tejidos. Murphy y Atala describieron la bioimpresión 3D como “posicionamiento preciso capa por capa de materiales biológicos, bioquímicos y células vivas, con control espacial de la colocación de componentes funcionales (matriz extracelular, células y microvasos preorganizados) para fabricar estructuras 3D”.

Las impresoras 3D clásicas están adaptadas para recibir tintas celulares. Las células son células diferenciadas o células madre. Se integran en un biomaterial fluido (polímeros sintéticos o naturales) para formar lo que se llama una bio-tinta.

Una vez impreso -el proceso de impresión es similar a la impresión 3D clásica-, el objeto final se mantiene bajo condiciones específicas dentro de una incubadora y pasará por una etapa de maduración que consiste en la adición regular de factores de crecimiento y el suministro diario de medio de cultivo. Algunos autores describieron el tiempo como una cuarta dimensión, lo que lleva al término de bioimpresión 4D.

El éxito del proceso se juzga por la supervivencia de las células y su capacidad para sintetizar su matriz extracelular. El mayor control de la microarquitectura es el principal interés de la bioimpresión en comparación con la ingeniería de tejidos clásica.

En las muestras bioimpresas, las células y las partículas se diseminan con una distribución uniforme, mientras que la disposición clásica conduce a la acumulación de células y partículas en la parte inferior de la muestra debido a la gravedad.

> Lo último

Varios laboratorios han estado trabajando en el desarrollo de la bioimpresión 3D. Se probaron todos los tipos de células (células diferenciadas y células madre). Se probó un número muy alto de tintas biológicas, generalmente mezclando biomateriales reabsorbibles y no reabsorbibles.

Se pueden agregar señales intercelulares, como factores de crecimiento específicos (proteína morfogenética ósea o factor de crecimiento endotelial vascular, por ejemplo) durante la preparación de la tinta biológica.

Los resultados in vitro más prometedores conciernen a la impresión de tejidos cutáneos. La piel impresa de espesor completo se obtiene después de 21 días de maduración utilizando fibroblastos y queratinocitos, mientras que utilizando la ingeniería de tejidos tradicional fueron necesarios 45 días.