Bioimpressió de teixits per reparar el cor, la pell i els genolls

The New York TimesPotser algun dia les impressores revolucionaran el món de la medicina produint cors, fetges i altres òrgans en massa per fer front a l'escassetat d'òrgans. De moment, però, Darryl D'Lima es donaria per satisfet amb una mica de cartílag de genoll. D'Lima és director d'un laboratori de recerca ortopèdica de la clínica Scripps de San Diego i ha produït cartílag artificial per a vaques modificant una antiga impressora de tinta per dipositar-hi una capa rere una altra d'un gel que conté cèl·lules vives. També ha imprès cartílag a partir de teixit extret de pacients als quals s'ha implantat una pròtesi de genoll.

Encara cal perfeccionar el procés, obtenir les aprovacions reglamentàries i sotmetre el producte a assajos clínics. Però la seva meta final sona a ciència-ficció: disposar d'una impressora al quiròfan que permeti imprimir cartílag nou personalitzat, obtingut directament a partir del cos que s'ha de reparar .

De la mateixa manera que les impressores 3D s'han popularitzat entre els aficionats i les empreses que les fan servir per crear objectes quotidians, prototips i components individuals (fins i tot una pistola rudimentària), ha crescut l'interès per l'ús de dispositius semblants en el camp de la medicina. En lloc del plàstic o la pols que utilitzen les impressores 3D convencionals per fabricar un objecte capa a capa, les bioimpressores imprimeixen cèl·lules, normalment en un líquid o un gel. En aquest cas, però, l'objectiu no és crear un giny o una joguina, sinó acoblar teixit viu.

Cèl·lules en comptes de tinta

S'ha experimentat amb la bioimpressió en laboratoris de tot el món. En un primer moment, l'objectiu era determinar si era possible fer passar cèl·lules a través d'un capçal d'impressió sense matar-les (en la majoria de casos és possible). Després es va mirar de produir cartílag, os, pell, vasos sanguinis, petits bocins de fetge i altres teixits. Hi ha altres maneres d'intentar fabricar teixit: una consisteix a construir una bastida de plàstic i altres materials i afegir-hi cèl·lules. Almenys en teoria, una bioimpressora té avantatges pel fet que pot controlar la col·locació de les cèl·lules i altres components, fent que segueixin el mateix patró de les estructures naturals.

La veritat és que, tot i que els investigadors de la bioimpressió han aconseguit grans avenços, encara hi ha molts esculls que cal superar. "Ningú que tingui credibilitat afirma que pugui imprimir òrgans abans de vint anys", afirma Brian Derby, investigador de la Universitat de Manchester, al Regne Unit, que va fer un repàs de la qüestió en un article publicat a Science .

Èxits modestos

De moment, els investigadors tenen unes aspiracions més modestes. Organovo, una empresa de San Diego que ha desenvolupat una bioimpressora, per exemple, produeix tires de teixit hepàtic d'un gruix d'unes 20 cèl·lules que, segons l'empresa, podrien utilitzar-se per provar nous fàrmacs.

A l'Escola de Medicina de Hannover, a Alemanya, hi ha un dels laboratoris que experimenten amb la impressió de cèl·lules de la pell en tres dimensions. Un altre laboratori alemany ha imprès làmines de cèl·lules cardíaques que potser algun dia podrien servir com a pedaços per ajudar a reparar els danys ocasionats per atacs de cor. Un investigador de la Universitat de Texas a El Paso, Thomas Boland, ha dissenyat un mètode per imprimir teixit adipós que algun dia podria servir per produir petits implants per a dones a qui s'hagi practicat una tumorectomia a la mama. Boland també s'ha dedicat molt a la recerca bàsica en les tecnologies de la bioimpressió.

D'Lima reconeix que encara falten anys per tenir una impressora de cartílag. Tot i això, creu que el seu projecte té més probabilitats de poder-se dur a terme que alguns altres. "Imprimir un cor sencer o una bufeta sencera és glamurós i engrescador -admet-. Però el cartílag pot ser el camí més fàcil per aconseguir introduir la impressió 3D a la pràctica clínica", afegeix. El cartílag és més senzill que altres teixits. La seva estructura respon a unes cèl·lules anomenades condròcits, que reposen sobre una matriu de col·làgens fibrosos i altres compostos que secreten. En comparació amb altres cèl·lules, els condròcits exigeixen poc manteniment: no els calen gaires nutrients, un fet que simplifica el procés d'impressió.

Els obstacles

Mantenir el teixit imprès ben nodrit i, en conseqüència, viu és un dels reptes més difícils que afronten els investigadors. La natura ho aconsegueix per mitjà d'una xarxa de vasos sanguinis microscòpics, els capil·lars.

Però mirar d'emular els capil·lars en teixits bioimpresos es fa difícil. El plantejament que adopta Boland per al seu teixit adipós és construir canals que travessin el gel biodegradable que conté les cèl·lules adiposes i alinear cèl·lules com les que formen els vasos sanguinis als canals. Quan s'implanta el teixit gras imprès, els tubs "comencen a comportar-se com microvasos sanguinis", afirma. De manera natural, el cos emet senyals químics que farien que comencessin a créixer petits vasos sanguinis a l'implant, explica Boland, però és un procés lent. Gràcies a aquest enfocament, comenta: "Esperem que s'accelerarà i, amb una mica de sort, es podrà mantenir les cèl·lules amb vida".

D'Lima no ha de preocupar-se pels vasos sanguinis amb el cartílag: els condròcits obtenen els pocs nutrients que necessiten a través de la difusió de nutrients de la membrana sinovial i l'os, a la qual contribueix la compressió del cartílag provocada pel moviment de les articulacions. Tampoc no s'ha d'amoïnar pels nervis, perquè el cartílag no n'està proveït. Però, malgrat fer mig centímetre d'amplada, el cartílag al genoll o al maluc té una estructura complexa, amb diverses capes en què el col·lagen i altres materials fibrosos tenen una orientació diferent. "Les necessitats d'impressió canvien amb cada capa -comenta D'Lima-. La majoria d'impressores 3D només varien la forma. Nosaltres hem de variar la forma, la composició, el tipus de cèl·lules i fins i tot la seva orientació".

D'Lima i els seus col·legues van començar a assajar amb diferents models d'impressores. El primer repte era la calor, que podia matar les cèl·lules vives. Ben aviat, el grup de D'Lima va descobrir un altre problema: les impressores d'injecció de tinta tèrmica més modernes eren massa sofisticades. Calia trobar una impressora Hewlett-Packard dels 90, una Deskjet 500, que tingués els injectors més amples, però era tan vella que costava trobar-ne cartutxos. Finalment, en van localitzar a la Xina. La idea consistia a substituir la tinta dels cartutxos per la seva barreja generadora de cartílag, formada per un líquid anomenat PEG-DMA i els condròcits. Però fins i tot això plantejava un problema: les cèl·lules es decantaven del líquid i embussaven el capçal d'impressió, de manera que els investigadors van haver de trobar una manera de mantenir la barreja homogènia.

L'equip de D'Lima investiga també altres tecnologies que poden utilitzar-se en combinació, com l'electrofilatura, un mètode per produir les fibres de la matriu, i el nanomagnetisme, una manera d'orientar-ne les fibres.