La impresión de órganos utiliza técnicas similares a la impresión 3D convencional , en la que un modelo de computadora se introduce en una impresora que coloca capas sucesivas de plástico o cera hasta que se produce un objeto 3D. [1] En el caso de la impresión de órganos, el material utilizado por la impresora es un plástico biocompatible . [1] El plástico biocompatible forma un andamio que actúa como esqueleto del órgano que se está imprimiendo. [1] A medida que se coloca el plástico, también se siembran en él células humanas del órgano del paciente para el que se está imprimiendo. [1] Después de la impresión, el órgano se transfiere a una cámara de incubación para dar tiempo a las células a crecer. [1] Después de un tiempo suficiente, el órgano se implanta en el paciente. [1]
Para muchos investigadores, el objetivo final de la impresión de órganos es crear órganos que puedan integrarse completamente en el cuerpo humano. [1] La impresión exitosa de órganos tiene el potencial de impactar varias industrias, en particular los trasplantes de órganos artificiales , [2] la investigación farmacéutica, [3] y la capacitación de médicos y cirujanos . [4]
El campo de la impresión de órganos surgió de la investigación en el área de la estereolitografía , la base de la práctica de la impresión 3D que se inventó en 1984. [5] En esta temprana era de la impresión 3D, no era posible crear objetos duraderos debido a la El material utilizado para el proceso de impresión no era duradero. [6] En cambio, la impresión 3D se utilizó como una forma de modelar posibles productos finales que eventualmente se fabricarían a partir de diferentes materiales con técnicas más tradicionales. [5] A principios de la década de 1990, se desarrollaron nanocompuestos que permitieron que los objetos impresos en 3D fueran más duraderos, permitiendo que los objetos impresos en 3D se utilizaran para algo más que modelos. [6] Fue en esta época que aquellos en el campo médico comenzaron a considerar la impresión 3D como una vía para generar órganos artificiales. [5] A finales de la década de 1990, los investigadores médicos buscaban materiales biocompatibles que pudieran usarse en la impresión 3D. [5]
El concepto de bioimpresión se demostró por primera vez en 1988. [7] En ese momento, un investigador utilizó una impresora de inyección de tinta HP modificada para depositar células utilizando tecnología de citoscripción. [7] El progreso continuó en 1999 cuando un equipo de científicos dirigido por el Dr. Anthony Atala en el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa imprimió el primer órgano artificial creado mediante bioimpresión . [8] Los científicos de Wake Forest imprimieron un armazón artificial para una vejiga humana y luego sembraron el armazón con células de su paciente. [5] Usando este método, pudieron hacer crecer un órgano funcional y diez años después de la implantación el paciente no tuvo complicaciones graves. [9]
Después de la vejiga en Wake Forest, se dieron pasos hacia la impresión de otros órganos. En 2002, se imprimió un riñón en miniatura completamente funcional. [6] En 2003, el Dr. Thomas Boland de la Universidad de Clemson patentó el uso de la impresión por inyección de tinta para células. [10] Este proceso utilizó un sistema de localización modificado para la deposición de células en matrices 3D organizadas colocadas sobre un sustrato . [10] Esta impresora permitió una investigación exhaustiva sobre la bioimpresión y los biomateriales adecuados. [9] Por ejemplo, desde estos hallazgos iniciales, la impresión 3D de estructuras biológicas se ha desarrollado aún más para abarcar la producción de estructuras de tejidos y órganos, a diferencia de matrices celulares . [11] Además, se han investigado y posteriormente introducido como medio de producción más técnicas de impresión, como la bioimpresión por extrusión . [11]
En 2004, el campo de la bioimpresión cambió drásticamente gracias a otra nueva bioimpresora. [9] Esta nueva impresora pudo utilizar células humanas vivas sin tener que construir primero un andamio artificial. [9] En 2009, Organovo utilizó esta novedosa tecnología para crear la primera bioimpresora disponible comercialmente. [9] Poco después, la bioimpresora de Organovo se utilizó para desarrollar un vaso sanguíneo biodegradable , el primero de su tipo, sin un andamio celular. [9]
A partir de la década de 2010, se han realizado más investigaciones para producir otros órganos, como el hígado y las válvulas cardíacas , y tejidos , como una red transmitida por la sangre, mediante impresión 3D. [9] En 2019, científicos en Israel lograron un gran avance cuando pudieron imprimir un corazón del tamaño de un conejo con una red de vasos sanguíneos que eran capaces de contraerse como vasos sanguíneos naturales. [12] El corazón impreso tenía la estructura anatómica y la función correctas en comparación con los corazones reales. [12] Este avance representó una posibilidad real de imprimir órganos humanos en pleno funcionamiento. [9] De hecho, los científicos de la Fundación de Varsovia para la Investigación y el Desarrollo de la Ciencia en Polonia han estado trabajando en la creación de un páncreas totalmente artificial utilizando tecnología de bioimpresión. [9] A día de hoy, estos científicos han podido desarrollar un prototipo funcional. [9] Este es un campo en crecimiento y aún se están realizando muchas investigaciones.
La impresión 3D para la fabricación de órganos artificiales ha sido un importante tema de estudio en ingeniería biológica . A medida que las técnicas de fabricación rápida que implica la impresión 3D se vuelven cada vez más eficientes, su aplicabilidad en la síntesis de órganos artificiales se ha vuelto más evidente. Algunos de los principales beneficios de la impresión 3D residen en su capacidad de producir estructuras de andamios en masa , así como en el alto grado de precisión anatómica de los productos de andamios. Esto permite la creación de construcciones que se asemejan más efectivamente a la microestructura de un órgano o estructura de tejido natural . [13] La impresión de órganos mediante impresión 3D se puede realizar utilizando una variedad de técnicas, cada una de las cuales confiere ventajas específicas que pueden adaptarse a tipos particulares de producción de órganos.
La escritura de sacrificio en tejido funcional (SWIFT) es un método de impresión de órganos en el que las células vivas se empaquetan estrechamente para imitar la densidad que se produce en el cuerpo humano. Mientras se empaca, se tallan túneles para imitar los vasos sanguíneos y el oxígeno y los nutrientes esenciales se transportan a través de estos túneles. Esta técnica reúne otros métodos que sólo empaquetaban células o creaban vasculatura . SWIFT combina ambos y supone una mejora que acerca a los investigadores a la creación de órganos artificiales funcionales. [2]
Este método de impresión de órganos utiliza luz o láser controlado espacialmente para crear un patrón 2D que se superpone mediante una fotopolimerización selectiva en el depósito de biotinta . Luego se puede construir una estructura 3D en capas utilizando el patrón 2D. Luego, la biotinta se elimina del producto final. La bioimpresión SLA permite la creación de formas y estructuras internas complejas. La resolución de características de este método es extremadamente alta y la única desventaja es la escasez de resinas que sean biocompatibles. [14]
La bioimpresión basada en gotas genera desarrollos celulares utilizando gotas de un material asignado, que a menudo se ha combinado con una línea celular. Las propias células también pueden depositarse de esta manera con o sin polímero. Cuando se imprimen andamios de polímero utilizando estos métodos, cada gota comienza a polimerizarse al entrar en contacto con la superficie del sustrato y se fusiona en una estructura más grande a medida que las gotas comienzan a fusionarse. La polimerización puede ocurrir mediante una variedad de métodos dependiendo del polímero utilizado. Por ejemplo, la polimerización del alginato se inicia mediante iones de calcio en el sustrato, que se difunden en la biotinta licuada y permiten la formación de un gel fuerte. La bioimpresión basada en gotas se utiliza comúnmente debido a su velocidad productiva. Sin embargo, esto puede hacerlo menos apropiado para estructuras de órganos más complicadas. [15]
La bioimpresión por extrusión implica la impresión consistente de un tejido de impresión específico y una línea celular desde una extrusora , una especie de cabezal de impresión portátil. Este tiende a ser un manejo más controlado y suave para la representación de tejidos o células, y permite utilizar densidades celulares más notables en el desarrollo de estructuras de tejidos u órganos en 3D. En cualquier caso, estos beneficios se ven perjudicados por las velocidades de impresión más lentas que implica este procedimiento. La bioimpresión por extrusión suele combinarse con luz ultravioleta, que fotopolimeriza el tejido impreso para crear una construcción más estable y coordinada. [11]
El modelado por deposición fundida (FDM) es más común y económico en comparación con la sinterización selectiva por láser. Esta impresora utiliza un cabezal de impresión que tiene una estructura similar a la de una impresora de inyección de tinta; sin embargo, no se utiliza tinta. Las perlas de plástico se calientan a alta temperatura y se liberan del cabezal de impresión a medida que se mueve, formando el objeto en capas delgadas. [3] Se pueden utilizar una variedad de plásticos con las impresoras FDM. Además, la mayoría de las piezas impresas por FDM suelen estar compuestas de los mismos termoplásticos que se utilizan en las técnicas tradicionales de mecanizado o moldeo por inyección . [3] Debido a esto, estas piezas tienen características análogas de durabilidad, propiedades mecánicas y estabilidad. [3] El control de precisión permite una cantidad de liberación constante y una deposición en una ubicación específica para cada capa que contribuye a la forma. [3] A medida que el plástico calentado se deposita desde el cabezal de impresión, se fusiona o se adhiere a las capas inferiores. A medida que cada capa se enfría, se endurecen y gradualmente toman la forma sólida que se pretende crear a medida que se aportan más capas a la estructura.
La sinterización selectiva por láser (SLS) utiliza material en polvo como sustrato para imprimir nuevos objetos. SLS se puede utilizar para crear objetos de metal, plástico y cerámica. Esta técnica utiliza un láser controlado por una computadora como fuente de energía para sinterizar material en polvo. [16] El láser traza una sección transversal de la forma del objeto deseado en el polvo, que lo fusiona en una forma sólida. [16] Luego se coloca una nueva capa de polvo y el proceso se repite, construyendo cada capa con cada nueva aplicación de polvo, una por una, para formar la totalidad del objeto. Una de las ventajas de la impresión SLS es que requiere muy pocas herramientas adicionales, es decir, lijado, una vez impreso el objeto. [16] Los avances recientes en la impresión de órganos utilizando SLS incluyen construcciones 3D de implantes craneofaciales , así como estructuras para la ingeniería de tejidos cardíacos. [dieciséis]
Los materiales de impresión deben ajustarse a un amplio espectro de criterios, uno de los más importantes es la biocompatibilidad . Los andamios resultantes formados por materiales impresos en 3D deberían ser física y químicamente apropiados para la proliferación celular . La biodegradabilidad es otro factor importante y asegura que la estructura formada artificialmente pueda descomponerse tras un trasplante exitoso, para ser reemplazada por una estructura celular completamente natural. Debido a la naturaleza de la impresión 3D, los materiales utilizados deben ser personalizables y adaptables, adaptándose a una amplia gama de tipos de células y conformaciones estructurales. [17]
Los materiales para la impresión 3D suelen consistir en polímeros de alginato o fibrina que se han integrado con moléculas de adhesión celular , que favorecen la unión física de las células. Dichos polímeros están diseñados específicamente para mantener la estabilidad estructural y ser receptivos a la integración celular. El término biotinta se ha utilizado como una clasificación amplia de materiales compatibles con la bioimpresión 3D. [18] Los alginatos de hidrogel se han convertido en uno de los materiales más utilizados en la investigación de la impresión de órganos, ya que son altamente personalizables y pueden ajustarse para simular ciertas propiedades mecánicas y biológicas características del tejido natural. La capacidad de los hidrogeles para adaptarse a necesidades específicas les permite usarse como material de soporte adaptable, adecuado para una variedad de estructuras de tejidos u órganos y condiciones fisiológicas . [19] Un desafío importante en el uso del alginato es su estabilidad y lenta degradación, lo que dificulta que la estructura de gel artificial se rompa y se reemplace con la propia matriz extracelular de las células implantadas . [20] El hidrogel de alginato que es adecuado para la impresión por extrusión también suele ser menos sólido estructural y mecánicamente; sin embargo, esta cuestión puede estar mediada por la incorporación de otros biopolímeros , como la nanocelulosa , para aportar mayor estabilidad. Las propiedades del alginato o de la biotinta de polímero mixto se pueden ajustar y alterar para diferentes aplicaciones y tipos de órganos. [20]
Otros polímeros naturales que se han utilizado para la impresión de tejidos y órganos en 3D incluyen el quitosano , la hidroxiapatita (HA) , el colágeno y la gelatina . La gelatina es un polímero termosensible con propiedades que exhiben una excelente solubilidad al desgaste , biodegradabilidad, biocompatibilidad, así como un bajo rechazo inmunológico . [21] Estas cualidades son ventajosas y dan como resultado una alta aceptación del órgano bioimpreso en 3D cuando se implanta in vivo. [21]
Los polímeros sintéticos son fabricados por humanos mediante reacciones químicas de monómeros . Sus propiedades mecánicas son favorables porque sus pesos moleculares pueden regularse de bajo a alto según los diferentes requisitos. [21] Sin embargo, su falta de grupos funcionales y complejidad estructural ha limitado su uso en la impresión de órganos. Los polímeros sintéticos actuales con excelente capacidad de impresión 3D y compatibilidad con tejidos in vivo incluyen polietilenglicol (PEG) , poli(ácido láctico-glicólico) (PLGA) y poliuretano (PU) . PEG es un poliéter sintético biocompatible y no inmunogénico que tiene propiedades mecánicas ajustables para su uso en bioimpresión 3D. [21] Aunque PEG se ha utilizado en varias aplicaciones de impresión 3D, la falta de dominios adhesivos celulares ha limitado su uso posterior en la impresión de órganos. El PLGA, un copolímero sintético , es muy familiar en los seres vivos, como animales, humanos, plantas y microorganismos . El PLGA se utiliza junto con otros polímeros para crear diferentes sistemas de materiales, incluidos PLGA-gelatina y PLGA-colágeno, todos los cuales mejoran las propiedades mecánicas del material, son biocompatibles cuando se colocan in vivo y tienen una biodegradabilidad ajustable. [21] El PLGA se ha utilizado con mayor frecuencia en construcciones impresas para esfuerzos de regeneración de huesos , hígado y otros órganos grandes. Por último, el PU es único porque se puede clasificar en dos grupos: biodegradable o no biodegradable. [21] Se ha utilizado en el campo de la bioimpresión debido a sus excelentes propiedades mecánicas y bioinertes. Una aplicación del PU serían los corazones artificiales inanimados ; sin embargo, utilizando las bioimpresoras 3D existentes, este polímero no se puede imprimir. [21] Se creó un nuevo PU elastomérico compuesto de monómeros de PEG y policaprolactona (PCL) . [21] Este nuevo material exhibe una excelente biocompatibilidad, biodegradabilidad, bioimpresión y bioestabilidad para su uso en la impresión y fabricación de órganos bioartificiales complejos. [21] Debido a la alta construcción de redes vasculares y neuronales, este material se puede aplicar a la impresión de órganos en una variedad de formas complejas, como el cerebro , el corazón, los pulmones y los riñones.
Los polímeros híbridos naturales-sintéticos se basan en el efecto sinérgico entre componentes sintéticos y biopoliméricos. [21] La gelatina-metacrililo (GelMA) se ha convertido en un biomaterial popular en el campo de la bioimpresión. GelMA ha demostrado que tiene un potencial viable como material de biotinta debido a su biocompatibilidad adecuada y sus propiedades psicoquímicas fácilmente sintonizables. [21] El ácido hialurónico (HA) -PEG es otro polímero híbrido natural-sintético que ha demostrado ser muy exitoso en aplicaciones de bioimpresión. El HA combinado con polímeros sintéticos ayuda a obtener estructuras más estables con alta viabilidad celular y pérdida limitada de propiedades mecánicas después de la impresión. [21] Una aplicación reciente de HA-PEG en bioimpresión es la creación de hígado artificial. Por último, se ha implementado en la impresión de órganos una serie de polímeros híbridos biodegradables de poliuretano (PU) y gelatina con propiedades mecánicas ajustables y tasas de degradación eficientes. [21] Este híbrido tiene la capacidad de imprimir estructuras complicadas, como una construcción en forma de nariz .
Todos los polímeros descritos anteriormente tienen el potencial de fabricarse en órganos bioartificiales implantables para fines que incluyen, entre otros, la restauración personalizada de órganos, la detección de fármacos y el análisis de modelos metabólicos .
La creación de un órgano completo a menudo requiere la incorporación de una variedad de tipos de células diferentes, dispuestas de maneras distintas y con patrones. Una ventaja de los órganos impresos en 3D, en comparación con los trasplantes tradicionales , es la posibilidad de utilizar células derivadas del paciente para fabricar el nuevo órgano. Esto reduce significativamente la probabilidad de rechazo del trasplante y puede eliminar la necesidad de medicamentos inmunosupresores después del trasplante, lo que reduciría los riesgos para la salud de los trasplantes. Sin embargo, dado que no siempre es posible recolectar todos los tipos de células necesarios, puede ser necesario recolectar células madre adultas o inducir pluripotencia en el tejido recolectado. [19] Esto implica un crecimiento y diferenciación celular que requiere un uso intensivo de recursos y conlleva su propio conjunto de riesgos potenciales para la salud, ya que la proliferación celular en un órgano impreso ocurre fuera del cuerpo y requiere la aplicación externa de factores de crecimiento. Sin embargo, la capacidad de algunos tejidos para autoorganizarse en estructuras diferenciadas puede proporcionar una forma de construir simultáneamente los tejidos y formar poblaciones de células distintas, mejorando la eficacia y funcionalidad de la impresión de órganos. [22]
Los tipos de impresoras utilizadas para la impresión de órganos incluyen: [14]
Estas impresoras se utilizan en los métodos descritos anteriormente. Cada impresora requiere diferentes materiales y tiene sus propias ventajas y limitaciones.
Actualmente, el único método de tratamiento para quienes padecen insuficiencia orgánica es esperar un trasplante de un donante vivo o recientemente fallecido. [23] Sólo en los Estados Unidos, hay más de 100.000 pacientes en la lista de trasplantes de órganos esperando que haya órganos de donantes disponibles. [24] Los pacientes en la lista de donantes pueden esperar días, semanas, meses o incluso años hasta que esté disponible un órgano adecuado. El tiempo de espera promedio para algunos trasplantes de órganos comunes es el siguiente: cuatro meses para un corazón o pulmón, once meses para un hígado, dos años para un páncreas y cinco años para un riñón. [25] Este es un aumento significativo desde la década de 1990, cuando un paciente podía esperar tan solo cinco semanas para recibir un corazón. [23] Estos largos tiempos de espera se deben a la escasez de órganos, así como a la necesidad de encontrar un órgano que sea adecuado para el receptor. [25] Un órgano se considera adecuado para un paciente según el tipo de sangre , el tamaño corporal comparable entre el donante y el receptor, la gravedad de la condición médica del paciente, el tiempo que el paciente ha estado esperando por un órgano, la disponibilidad del paciente (es decir, la capacidad para contactar al paciente, si el paciente tiene una infección), la proximidad del paciente al donante y el tiempo de viabilidad del órgano donado. [26] En los Estados Unidos, 20 personas mueren cada día esperando órganos. [24] La impresión de órganos en 3D tiene el potencial de eliminar ambos problemas; Si se pudieran imprimir órganos tan pronto como fuera necesario, no habría escasez. Además, sembrar órganos impresos con las propias células del paciente eliminaría la necesidad de examinar la compatibilidad de los órganos de los donantes.
El uso quirúrgico de la impresión 3D ha evolucionado desde la impresión de instrumentación quirúrgica hasta el desarrollo de tecnologías específicas para pacientes para reemplazos totales de articulaciones, implantes dentales y audífonos . [27] En el campo de la impresión de órganos, se pueden aplicar aplicaciones para pacientes y cirujanos. Por ejemplo, se han utilizado órganos impresos para modelar estructuras y lesiones para comprender mejor la anatomía y discutir un régimen de tratamiento con los pacientes. [28] Para estos casos, la funcionalidad del órgano no es necesaria y se utiliza como prueba de concepto. Estos órganos modelo proporcionan avances para mejorar las técnicas quirúrgicas, capacitar a cirujanos sin experiencia y avanzar hacia tratamientos específicos para cada paciente. [28]
La tecnología de impresión de órganos 3D permite la fabricación de altos grados de complejidad con gran reproducibilidad, de forma rápida y rentable. [3] La impresión 3D se ha utilizado en la investigación y fabricación farmacéutica, proporcionando un sistema transformador que permite un control preciso del tamaño y la dosis de las gotas, medicina personalizada y la producción de perfiles complejos de liberación de fármacos. [3] Esta tecnología requiere dispositivos implantables de administración de fármacos , en los que el fármaco se inyecta en el órgano impreso en 3D y se libera una vez in vivo. [3] Además, la impresión de órganos se ha utilizado como una herramienta transformadora para pruebas in vitro. [3] El órgano impreso se puede utilizar en el descubrimiento y la investigación de dosis sobre los factores de liberación de fármacos. [3]
La tecnología de impresión de órganos también se puede combinar con la tecnología de microfluidos para desarrollar órganos en chips . [29] Estos órganos en chips tienen el potencial de usarse para modelos de enfermedades, ayudar en el descubrimiento de fármacos y realizar ensayos de alto rendimiento . [29] Los órganos en chips funcionan proporcionando un modelo 3D que imita la matriz extracelular natural, lo que les permite mostrar respuestas realistas a los fármacos. [29] Hasta ahora, la investigación se ha centrado en el desarrollo de hígado en un chip y corazón en un chip, pero existe la posibilidad de desarrollar un modelo de cuerpo completo en un chip. [29]
Combinando órganos impresos en 3D, los investigadores pueden crear un cuerpo en un chip. El modelo de corazón en un chip ya se ha utilizado para investigar cómo varios fármacos con efectos secundarios negativos basados en la frecuencia cardíaca, como el fármaco quimioterapéutico doxorrubicina , podrían afectar a las personas de forma individual. [30] La nueva plataforma de cuerpo en un chip incluye hígado, corazón, pulmones y riñón en un chip. Los órganos en un chip se imprimen o construyen por separado y luego se integran. Con esta plataforma, los estudios de toxicidad de los fármacos se realizan con un alto rendimiento, lo que reduce el coste y aumenta la eficiencia en el proceso de descubrimiento de fármacos. [29]
Las técnicas de impresión 3D se han utilizado en una variedad de industrias con el objetivo general de fabricar un producto. La impresión de órganos, por otra parte, es una industria novedosa que utiliza componentes biológicos para desarrollar aplicaciones terapéuticas para trasplantes de órganos. Debido al creciente interés en este campo, es urgente establecer regulaciones y consideraciones éticas. [31] Específicamente, puede haber complicaciones legales desde la traducción preclínica a la clínica para este método de tratamiento. [32]
La actual regulación estadounidense para la compatibilidad de órganos se centra en el registro nacional de donantes de órganos después de que se aprobara la Ley Nacional de Trasplante de Órganos en 1984. [1] Esta ley se estableció para garantizar una distribución equitativa y honesta, aunque se ha demostrado que es insuficiente debido a a la gran demanda de trasplantes de órganos. La impresión de órganos puede ayudar a disminuir el desequilibrio entre la oferta y la demanda mediante la impresión de reemplazos de órganos específicos para cada paciente, todo lo cual es inviable sin regulación. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) es responsable de la regulación de productos biológicos , dispositivos y medicamentos en los Estados Unidos. [31] [32] Debido a la complejidad de este enfoque terapéutico, no se ha discernido la ubicación de la impresión de órganos en el espectro. Los estudios han caracterizado los órganos impresos como productos combinados multifuncionales, lo que significa que se encuentran entre los sectores de productos biológicos y dispositivos de la FDA; esto conduce a procesos más extensos de revisión y aprobación. [31] [32] [33] En 2016, la FDA emitió un borrador de guía sobre las Consideraciones técnicas para dispositivos fabricados con aditivos y actualmente es [ ¿ a partir de? ] evaluando nuevas presentaciones para dispositivos impresos en 3D. [34] Sin embargo, la tecnología en sí no está lo suficientemente avanzada como para que la FDA la incorpore directamente. [33] Actualmente, las impresoras 3D, en lugar de los productos terminados, son el foco principal en las evaluaciones de seguridad y eficacia con el fin de estandarizar la tecnología para enfoques de tratamiento personalizados. Desde una perspectiva global, sólo las administraciones de regulación de dispositivos médicos de Corea del Sur y Japón han proporcionado directrices que son aplicables a la bioimpresión 3D. [31]
También existen preocupaciones con la propiedad intelectual y la propiedad. Estos pueden tener un gran impacto en asuntos más importantes como la piratería, el control de calidad de la fabricación y el uso no autorizado en el mercado negro. [32] [33] Estas consideraciones se centran más en los materiales y procesos de fabricación; se explican más ampliamente en la subsección de aspectos legales de la impresión 3D.
Desde un punto de vista ético, existen preocupaciones con respecto a la disponibilidad de tecnologías de impresión de órganos, las fuentes celulares y las expectativas del público. Aunque este enfoque puede ser menos costoso que el trasplante quirúrgico tradicional, existe escepticismo con respecto a la disponibilidad social de estos órganos impresos en 3D. La investigación contemporánea ha encontrado que existe una estratificación social potencial para que la población más rica tenga acceso a esta terapia mientras la población general permanece en el registro de órganos. [35] También es necesario considerar las fuentes celulares mencionadas anteriormente. La impresión de órganos puede disminuir o eliminar los estudios y ensayos con animales, pero también plantea dudas sobre las implicaciones éticas de las fuentes autólogas y alogénicas . [35] [36] Más específicamente, los estudios han comenzado a examinar los riesgos futuros para los seres humanos sometidos a pruebas experimentales. [31] Generalmente, esta aplicación puede dar lugar a diferencias sociales, culturales y religiosas, lo que dificulta la integración y la regulación a nivel mundial. [32] En general, las consideraciones éticas de la impresión de órganos son similares a las de la ética general de la bioimpresión , pero se extrapolan de tejido a órgano. En conjunto, la impresión de órganos posee consecuencias legales y éticas a corto y largo plazo que deben considerarse antes de que la producción generalizada pueda ser viable.
La impresión de órganos para aplicaciones médicas aún se encuentra en etapas de desarrollo. Por lo tanto, aún no se han determinado los impactos a largo plazo de la impresión de órganos. Los investigadores esperan que la impresión de órganos pueda reducir la escasez de trasplantes de órganos. [37] Actualmente hay escasez de órganos disponibles, incluidos hígado, riñones y pulmones. [38] El largo tiempo de espera para recibir órganos que salvan vidas es una de las principales causas de muerte en los Estados Unidos, y casi un tercio de las muertes cada año en los Estados Unidos podrían retrasarse o prevenirse con trasplantes de órganos. [38] Actualmente, el único órgano que ha sido bioimpreso en 3D y trasplantado con éxito a un ser humano es la vejiga. [39] La vejiga se formó a partir del tejido de la vejiga del huésped. [39] Los investigadores han propuesto que un posible impacto positivo de los órganos impresos en 3D es la capacidad de personalizar los órganos para el receptor. [3] Los avances que permiten utilizar las células huésped del receptor de un órgano para sintetizar órganos reducen el riesgo de rechazo de órganos. [38]
La capacidad de imprimir órganos ha disminuido la demanda de pruebas con animales. [40] Las pruebas con animales se utilizan para determinar la seguridad de productos que van desde maquillaje hasta dispositivos médicos. Las empresas de cosméticos ya están utilizando modelos de tejidos más pequeños para probar nuevos productos en la piel. [40] La capacidad de imprimir piel en 3D reduce la necesidad de realizar ensayos con animales para probar el maquillaje. [38] Además, la capacidad de imprimir modelos de órganos humanos para probar la seguridad y eficacia de nuevos medicamentos reduce aún más la necesidad de ensayos con animales. [40] Investigadores de la Universidad de Harvard determinaron que la seguridad de los medicamentos se puede probar con precisión en modelos de tejido pulmonar más pequeños. [40] La empresa Organovo, que diseñó una de las primeras bioimpresoras comerciales en 2009, ha demostrado que los modelos de tejido 3D biodegradables se pueden utilizar para investigar y desarrollar nuevos medicamentos, incluidos aquellos para tratar el cáncer. [41] Un impacto adicional de la impresión de órganos incluye la capacidad de crear rápidamente modelos de tejido, aumentando así la productividad. [3]
Uno de los desafíos de la impresión de órganos en 3D es recrear la vasculatura necesaria para mantener vivos los órganos. [42] Diseñar una vasculatura correcta es necesario para el transporte de nutrientes, oxígeno y desechos. [42] Los vasos sanguíneos, especialmente los capilares, son difíciles debido al pequeño diámetro. [38] Se han logrado avances en esta área en la Universidad Rice, donde los investigadores diseñaron una impresora 3D para fabricar vasos en hidrogeles biocompatibles y diseñaron un modelo de pulmones que puede oxigenar la sangre. [42] Sin embargo, esta técnica va acompañada del desafío de replicar los otros detalles minuciosos de los órganos. [42] Es difícil replicar las redes entrelazadas de vías respiratorias, vasos sanguíneos y conductos biliares y la compleja geometría de los órganos. [42]
Los desafíos que enfrenta el campo de la impresión de órganos se extienden más allá de la investigación y el desarrollo de técnicas para resolver los problemas de multivascularización y geometrías difíciles. Antes de que la impresión de órganos pueda estar ampliamente disponible, se debe encontrar una fuente de células sostenibles y desarrollar procesos de fabricación a gran escala. [43] Los desafíos adicionales incluyen el diseño de ensayos clínicos para probar la viabilidad a largo plazo y la biocompatibilidad de los órganos sintéticos. [43] Si bien se han realizado muchos avances en el campo de la impresión de órganos, se deben realizar más investigaciones.