Bioimpresión 3D para heridas crónicas

Bioimpresión 3D

Los avances tecnológicos están posibilitando que de a poco se logre lo que se conoce como medicina personalizada, es decir, que se puedan hacer tratamientos a medida para el paciente, y no que se les aplique soluciones genéricas. 

Un caso es el de las bioimpresoras, que mediante tintas de origen orgánico pueden generar parches que fomentan la regeneración de tejidos, para que heridas crónicas a las que les cuesta cicatrizar, lo hagan más rápido. Incluso sirven para úlceras de piel de personas con diabetes, también para quemaduras, y regeneración de hueso. 

En eso trabaja el equipo de Martín Desimone, Sofía Municoy y Pablo Antezana, del Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco (UBA-CONICET) de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires. Proyecto que actualmente está en etapa de pruebas de laboratorio.

En proyectos previos ya habían creado parches mediante moldes, que pudieron probar en animales de laboratorio, en colaboración con el equipo de Daniel Olmedo, de la Facultad de Odontología, apuntando a la regeneración del hueso de la mandíbula.

“La impresora aporta reproducibilidad, a la vez que fiabilidad de que si hacés dos parches, salgan iguales. Algo que no se puede lograr de otra forma”, explicó Martín Desimone, profesor titular de la UBA e investigador UBA/CONICET.

“Lo que tiene esta tecnología es que se puede hacer medicina personalizada”, agregó Desimone, “porque vos podés generar un andamio, o parche, con las moléculas terapéuticas que necesiten, con la concentración adecuada. Podés imprimir algo a medida para un determinado paciente”.

Biotintas y nanomateriales

“Nosotros hace bastante que venimos trabajando con biomateriales”, explicó Desimone, “especialmente con diferentes biopolímeros como colágeno, alginato y gelatina. Lo que buscamos es generar un material que sirva para regeneración de tejidos, que ayuda a que una herida cure más rápido”. 

Lo interesante de estos biopolímeros como el colágeno, es que son una de las proteínas principales del cuerpo humano, lo que los vuelve biocompatibles. No sólo no son rechazados por el cuerpo, sino que al ser aceptados por el organismo, y ser porosos, favorecen el crecimiento celular. Generan un ambiente al cual las células se pueden adherir fácilmente.

Como algunos de esos biopolímeros tienden a ser frágiles, los investigadores se aprovechan de la nanotecnología. Es decir el desarrollo de sistemas en escala nanométrica, la mil millonésima parte de un metro. 

A esa escala, los materiales tienen propiedades físicas y químicas diferentes, que no se observan en otras escalas. Por eso los científicos eligen la nanotecnología a la hora de luchar contra ciertas deficiencias de nuestro organismo.

“Los nanomateriales actúan como refuerzo de la estructura impresa y además nos sirven como reservorio para liberar distintas moléculas terapéuticas, por ejemplo para transportar antibióticos”, explicó Desimone. 

“En un trabajo reciente con Sofía, usamos nanopartículas de plata, que tiene actividad antimicrobiana. Así es que podemos hacer que ese andamio, además de favorecer la regeneración del tejido, pueda evitar las infecciones que son una de las principales causas de rechazo de los implantes o que dificultan la cicatrización”.

Bioimpresión 3D

La tecnología de la impresión 3D ha revolucionado el desarrollo en diferentes ámbitos de diseño, y lo está haciendo también en el de la salud. Ha generado grandes avances en odontología, por ejemplo, con la creación de moldes o incluso prótesis. Pero también está creciendo el conocimiento para aplicarlo a otras áreas de la salud, como la impresión de tejidos orgánicos.

“Hace poco más de un año incorporamos la tecnología de impresión 3D, que nos permite poder diseñar andamios que tengan la estructura, o la forma, específica de donde lo vamos a aplicar”, explicó Desimone. 

“Entonces se ajusta perfectamente al lugar donde se hace el implante”, agregó el experto. “Así podemos desarrollar parches para tejidos blandos como la piel o también un material con una textura más rígida que sirva para un defecto óseo, y que encastre justo en el lugar donde hay un trozo de huesos faltante, por ejemplo, y que ayude a la regeneración”.

Pensar en un parche que va a ser impreso, lleva un desarrollo totalmente diferente a trabajar con un molde. No sólo hay que pensar en el diseño y los materiales del parche en sí, sino que esos materiales tienen que poder pasar de ser una biotinta líquida o semilíquida, a algo sólido.

“Es una tecnología con mucho potencial en salud que no se expandió más porque todavía hay mucho foco y mucha investigación en tratar de optimizar esas biotintas, que deben fluir para imprimir, pero no colapsar a medida que se va imprimiendo cada capa”, explicó Desimone.

“El parche, una vez impreso, se coloca directamente sobre la piel o el hueso. Y como es un material biodegradable, bioabsorbible, no necesitaríamos sacarlo, en principio, entonces eso ayuda a que se integre con el tejido”, agregó.

El parche en sí está hecho de un material compuesto que tiene diferentes capas, y en cada una de ellas tiene una estructura distinta. Una estructura que sólo se logra mediante la bioimpresión.

“La idea es combinar distintos biopolímeros como colágeno, quitosano, alginato, o algún otro. Eso lo vamos buscando según la finalidad, y según las propiedades de la biotinta que vayamos considerando”, contó Sofía Municoy, doctora en química, investigadora de UBA/CONICET, a cargo de esta parte del proyecto.

“La idea también es que a la biotinta se le integren distintos principios activos como nanomateriales, antiinflamatorios, o antibióticos para que tenga una multifunción”, continuó Municoy. “Es decir, que potencie el crecimiento celular, que permita la cicatrización y a su vez prevenga la infección y evite la inflamación de la zona afectada. A la vez, con la estructura vamos a poder controlar también la liberación de esos principios activos”.

Curar heridas crónicas

“Nuestros desarrollos apuntan a heridas con problemas de cicatrización, las que se suelen categorizar como crónicas, o también quemaduras, donde el tejido está muy dañado, o expuesto”, explicó el otro miembro del equipo, Pablo Antezana, investigador UBA/CONICET y docente de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UBA. “En este momento estoy haciendo mi beca postdoctoral en la que buscamos materiales que promuevan la cicatrización”. 

En el desarrollo de una biotinta hay varias instancias, la primera seleccionar los polímeros, los compuestos más adecuados para el trabajo que se quiera encarar. Los investigadores deben asegurarse de que cuando se imprima, el material mantenga la estructura con la que fue diseñado en la computadora. 

La siguiente etapa es la de la impresión, y el estudio de cómo se comporta la biotinta durante ese proceso. Qué temperatura se necesita, qué velocidad y presión. Luego de impreso viene la tercera instancia, que implica el agregado, o no, de alguna sustancia o compuesto que cambie o mejore la estructura ya impresa.

“Recientemente hicimos un trabajo en el cual Sofía y Pablo sintetizaron unas nanopartículas in situ dentro del andamio ya impreso”, explicó Martín Desimone. “Se trata de nanopartículas de plata, que tienen buena actividad antimicrobiana. Justamente la nanotecnología proporciona buenas aproximaciones para luchar contra esa aparición de resistencia a los antibióticos”.

“Una vez que entendemos cómo funciona, es cuando pasamos a la etapa de pensar en aplicaciones reales”, explicó Pablo Antezana. “Por lo general tratamos de trabajar con compuestos que no sean muy costosos, y que ya estén aprobados por el ANMAT, eso es importante”. 

“Nosotros trabajamos con colágeno y gelatina, hay una gran variedad de productos en el mercado que tienen estos componentes”, continuó Antezana. “Ya existen también productos con las nanopartículas de plata que nosotros usamos. Trabajar con este tipo de materiales ya utilizados y aprobados, nos permite pensar que a futuro resultará más fácil la aprobación de lo que sea que generemos”. 

A nivel mundial están en la misma etapa de comprender esta tecnología tan promisoria de la bioimpresión. Todavía no existe ningún avance a nivel comercial, pero se trata de una tecnología que no sólo tiene aplicaciones como la encarada por el equipo de la UBA, sino que podrá utilizarse en estética, e incluso para la industria farmacéutica con los llamados medicamentos a medida.

El equipo de Martín Desimone, de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UBA también se encuentra trabajando en la organización del primer Workshop sobre Impresión 3D, para el año próximo, que consistirá en tres jornadas en las que se juntarán diferentes grupos de especialistas que trabajan en la temática. Se presentarán avances, se dictarán conferencias, y se presentarán trabajos de investigación. Con invitados nacionales e internacionales.