Tintas biológicas innovadoras para la impresión 3D de tejidos

Las biotintas se imprimen capa por capa para formar un objeto tridimensional. © Fraunhofer IMWS / Las bioimprontas se imprimen capa por capa para formar un objeto tridimensional. © Fraunhofer IMWS

Con la ayuda de un bioprinter 3D, se pueden fabricar tejidos 3D biológicamente funcionales en el laboratorio. © Fraunhofer IMWS / Using a 3D bioprinter, biologically functional 3D tissues can be produced in the laboratory. © Fraunhofer IMWS

El bioprinter fue adquirido en el marco del proyecto «Establecimiento de un laboratorio para la garantía de calidad en la fabricación aditiva - »Qualilab-3D« como parte del desarrollo estructural 3D Openlab-Sachsen-Anhalt» con fondos del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

Con la tecnología de bioimpresión se busca fabricar tejidos biológicos o biológicamente funcionales en el laboratorio. Con una impresora 3D de bioimpresión, se imprime bio-tinta capa por capa para crear un objeto tridimensional complejo. Estas estructuras 3D basadas en biotinta se utilizarán en el futuro, por ejemplo, como sistemas de prueba in vitro en la investigación farmacéutica y también en la medicina personalizada para la fabricación de componentes de vasos y órganos a medida. Para hacer realidad esta visión, investigadores del Instituto Fraunhofer para la Microestructura de Materiales y Sistemas IMWS desarrollan nuevas biotintas adecuadas para diferentes aplicaciones.

Las biotintas deben cumplir con una variedad de requisitos: deben ser imprimibles, mecánicamente estables y biológicamente compatibles, no contener componentes tóxicos y deben poder formar un gel hidrogel en su estructura, para representar un andamaje para la colonización celular, similar a la matriz natural en el tejido conectivo. Dependiendo del campo de aplicación, se utilizan diferentes biotintas. Estas difieren, por un lado, en el polímero utilizado y, por otro, en si las células se imprimen directamente o se colocan en o sobre la estructura 3D impresa posteriormente. La mayoría de las biotintas disponibles en el mercado actualmente se basan en colágeno, gelatina y alginato, y otros biopolímeros están en desarrollo.

Aquí, los científicos del IMWS de Fraunhofer intervienen y actualmente investigan nuevas biotintas basadas en proteínas, con un enfoque en el elastina. Además del desarrollo de la tinta en sí, se evalúan las propiedades mecánicas, fisicoquímicas y biológicas de los objetos impresos y se investiga la compatibilidad celular.

Tobias Hedtke, investigador del IMWS de Fraunhofer, explica el objetivo del equipo de investigación de la siguiente manera: «A largo plazo, queremos poder recrear componentes funcionales de vasos y órganos utilizando biotintas optimizadas. Para ello, podrían utilizarse, por ejemplo, datos tomográficos de pacientes para imprimir estructuras 3D de vasos sanguíneos a medida e implantarlas en el paciente. Hemos finalizado con éxito nuestro primer proyecto de investigación sobre nuevas biotintas y hemos presentado una patente para el uso de biotintas basadas en elastina. Otros proyectos de investigación están en planificación.»

Otro campo de aplicación en el que la bioimpresión 3D puede abrir nuevas posibilidades es la medicina personalizada. En el futuro, la fabricación a medida de componentes de vasos y órganos, así como prótesis internas para aplicaciones cardiovasculares, podría ser posible. Además, se posibilitan modelos de órganos miniaturizados, llamados modelos de órganos en un chip, que simulan la interacción entre diferentes órganos. Estos modelos pueden, por ejemplo, facilitar y acelerar significativamente el desarrollo de medicamentos y, debido a la alta reproducibilidad y estandarización de los experimentos, también representan una alternativa muy sostenible a los experimentos con animales.

Actualmente, los investigadores buscan socios de cooperación en la industria y en el ámbito clínico para impulsar el desarrollo cercano a la aplicación de las tintas en relación con los requisitos y la aplicabilidad.