Fabricar huesos y cartílagos con una impresora, incluirlos en tu cuerpo y que éste lo acabe aceptando como algo propio. Suena a ciencia ficción pero es algo que se convertirá en realidad dentro de muy poco tiempo gracias al trabajo de una investigadora española.
Nieves Cubo está estudiando su doctorado en la Facultad de Farmacia de la Universidad Complutense de Madrid y trabaja en el grupo de Biomateriales de Luis Rodríguez-Lorenzo, del Instituto de Ciencia y Tecnología de polímeros (ICTP-CSIC). Tras haber experimentado con piel humana, está llevando ahora su investigación al campo de los huesos y cartílagos. Para ello, cuenta con varias impresoras 3D de BQ que le ayudan a generar este tipo de tejidos.
Prueba de impresión de menisco, uno de los tejidos que se quieren recrear en este proyecto
La prótesis que absorberá tu cuerpo
"Estamos trabajando en prótesis que crezcan contigo, que se conviertan en hueso y así eviten nuevas intervenciones para cambiar las prótesis de metal"
El proyecto de investigación en el que trabaja Nieves Cubo trata de fabricar hueso humano utilizando para ello impresoras 3D adaptadas. “Buscamos hacer prótesis que terminen integrándose con el cuerpo del paciente y acaben desapareciendo, de forma que no tenga un objeto extraño, como algo metálico, dentro de su cuerpo”, afirma la científica.
Hasta ahora, cuando una persona sufría un accidente o una malformación y necesitaba una prótesis se recurría a las fabricadas en metal, lo que puede conllevar algunas contraindicaciones y efectos secundarios. Lo que propone esta investigadora es fabricar estas mismas prótesis con tejido humano y un plástico especial, de manera que el componente sintético acabe deshaciéndose y la prótesis “pase a formar parte de tu cuerpo”.
La investigadora Nieves Cubo
Esto, además, permitirá que el cuerpo regenere esa parte que le falta y que es sustituida por una prótesis por sí sola. Es decir, que si has tenido un problema en una pierna, en lugar de tener que depender toda tu vida de una prótesis metálica, se te implantará una impresa con plástico y tejido humano y tu cuerpo acabará generando esa parte que te falta.
“Si eres un niño, esa prótesis crecerá contigo porque se convierte en hueso, lo que evitará nuevas intervenciones en el futuro para cambiar las prótesis de metal”, nos explica. “Si eres capaz de arreglar el problema que se ha tenido por algo que se va a integrar en tu cuerpo, esto nunca va a provocar nuevos problemas, salvo que se rompa, algo que podría pasar con cualquier otra parte de su cuerpo”.
Reemplazar tu cuerpo con tu propio cuerpo
Prueba de impresión simultánea de hidrogeles y plástico. En los hidrogeles irían embebidas las células, para protegerlas del calor del extrusor y para dotarlas del entorno necesario para la vida
¿Cómo se está logrando? “Estamos imprimiendo células de tejido humano dentro de un entorno biológico. Estas células impresas son capaces de generar hueso humano”, detalla esta investigadora.
Las prótesis que se fabrican con impresoras 3D están realizadas en termoplástico y tejido biológico del propio paciente
Pero, ¿se pueden generar tejidos humanos de manera artificial? Sí, imprimiendolos. Con la piel ya se ha demostrado que se podía hacer. Tanto que ese proyecto de investigación ahora está en la fase de ensayos clínicos para que sea una realidad en los hospitales.
El objetivo es lograr este mismo avance con otros materiales humanos. De hecho, desde hace unos años se está intentando en la comunidad científica (especialmente en ciencia e ingeniería del tejido, como en la medicina regenerativa) lograr el reemplazo del cuerpo con el propio cuerpo. Es decir, que cuando se rompe algo de nuestro cuerpo, en lugar de utilizar algo metálico, “poder desarrollar algo que se integre con el cuerpo” y que ése "algo" se acabe regenerando.
Las ventajas de las prótesis a medida
Estas prótesis que está diseñando Nieves Cubo tienen el mismo método de aplicación que las tradicionales: se meten dentro del paciente igual que una prótesis de metal.
Nieves Cubo trabajando con la impresora 3D Witbox 2 de BQ
Pero, además de las ventajas ya vistas (que el cuerpo las reconoce como propias, lo que evita futuras intervenciones), frente a las prótesis de metal que tienen un tallaje cerrado y que obligan a elegir la que más se adapta a cada paciente, las que propone la investigadora española son totalmente personalizables y se pueden hacer a medida, gracias a la impresión 3D.
El termoplástico es biodegradable y el propio cuerpo lo expulsa, al tiempo que regenera el resto del tejido biológico insertado
“Las de metal provocan a veces cierta asimetría en el cuerpo, por lo que también pueden acabar desarrollando problemas en la parte sana”, explica Nieves Cubo. Esta investigadora pone un ejemplo: las fuerzas no se reparten igual. “Es como cuando un astronauta no utiliza los huesos y al final se descalcifican. Si tú tienes una pierna de hueso y una de metal, ésta aguantará más peso, por lo que el hueso sano cada vez va aguantando menos y perdiendo masa ósea”.
De igual forma, al estar fabricadas con las propias células del paciente, apenas hay riesgo de rechazo
Células y plástico, una combinación ganadora
Según explica Nieves Cubo, ahora mismo la tecnología está ya desarrollada y se está terminando de completar y poner a punto los materiales. “Se utilizan tanto un termoplástico como un material biológico. El plástico es biodegradable, por lo que termina desapareciendo del cuerpo humano”.
Vista de macroporos y microporos.
Esto es una imagen tomada mediante la técnica de SEM (Microscopio Electrónico de Barrido), de una pieza impresa con poros, para que las células puedan moverse libremente por su interior. Además este material se degrada y termina desapareciendo, ya que las células lo sustituyen por tejido humano
Este componente sintético es un plástico especial que ya se utiliza en medicina y en ingeniería de tejidos. Pero el tejido resultante es humano. “Cogemos células del paciente, las tratamos en el laboratorio y las metemos dentro de este termoplástico para fabricar la prótesis”, detalla la investigadora.
Lo que se regenera es el tejido del propio paciente y por eso se acaba absorbiendo en el cuerpo humano. Cabe señalar que en estos momentos se está intentando aplicar esta investigación en los huesos tipo fémur, aunque se podría hacer en principio en cualquier tipo de parte ósea, teniendo en cuenta siempre el tipo de dureza y porosidad que tienen.
Por qué no vale cualquier impresora
Este material mezclado de plástico y células es lo que estos investigadores introducen dentro de la impresora 3D que, no obstante, son especiales ya que no genera ningún daño en las células humanas.
Las impresoras 3D tienen que hacerse estáncas para garantizar que son estériles y deben funcionar a 37 grados en lugar de imprimir a 200
El problema de las impresoras normales es que trabajan a temperaturas muy altas y en condiciones no estériles. “Nosotros tenemos que trabajar en condiciones fisiológicas similares a las del cuerpo humano, es decir, a 37 grados”, detalla Nieves Cubo. “No puedo imprimir un plástico a 200 grados como hacen la mayoría de las máquinas, porque mataría a las células que están en contacto con el plástico”. Por eso, el equipo de trabajo de esta investigación adapta las impresoras para poder trabajar con ellas.
Este grupo de investigación cuenta con una impresora 3D Witbox 2 y una Hephestos 2, ambas de BQ, que les ayudan a generar todas las piezas de plástico. Para poder trabajar con las células dentro de estas máquinas hay que lograr que las impresoras sean estancas para que no haya contaminación y a su vez sean estériles. También se les están añadiendo otros cabezales que permitan depositar las células dentro del material de plástico que se va a imprimir.
Vista al microscopio óptico (el más común) de los materiales porosos (macroporos)
Estas adaptaciones las está haciendo el propio equipo de investigación “pero cuando necesitamos cualquier cosa o especificación, el personal de BQ nos ayuda”.
En estos momentos, este grupo de investigación trabaja con una Witbox 2 “que es la que estamos adaptando” y otra Hephestos 2, que se utiliza para imprimir las partes especiales que este grupo de trabajo necesita para poder utilizar el resto de impresoras (las máquinas de deposición celular).
Una posible salida a la experimentación animal
Más allá de las prótesis que acaban regenerando tu propio cuerpo, las investigaciones de Nieves Cubo pueden tener muchas otras aplicaciones. “Estamos intentando no trabajar con animales. De hecho, queremos proponer este tipo de tejidos como alternativa a la experimentación animal”, fase intermedia entre la investigación en laboratorios y los ensayos clínicos en pacientes.
Según Cubo, si los científicos son capaces de actuar en este tipo de tejido humano creado ex profeso por la impresora 3D, este se podrá utilizar para testar fármacos y cosméticos en lugar de utilizar animales. “A día de hoy es obligatorio utilizar animales antes de llegar a la investigación clínica. Queremos proponer la comunidad científica que se puede utilizar ese tipo de material y no emplear animales para la investigación, ya que se podría utilizar este sistema para generar modelos de distintos tipos de enfermedades (como cáncer, osteoporosis, etc) y estudiar así nuevas curas", determina.
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