Impresión 3D para mejorar la replicación de tejidos biológicos

Existe un creciente interés científico por lo que se conoce como medicina personalizada, una práctica que permite identificar las diferencias entre pacientes y adaptar las terapias a cada caso, mejorando la eficacia y los resultados de los tratamientos. Algunos ejemplos de estas aplicaciones médicas son la utilización de modelos quirúrgicos avanzados – phantoms, para evaluar sin riesgos cirugías personalizadas, y el desarrollo de scaffolds, o andamios de ingeniería tisular, específicos para cada paciente, que imitan los tejidos naturales para favorecer la cicatrización y restauración de tejidos dañados. Ahora bien, la utilidad de estas nuevas terapias y su eficacia en investigación médica están intrínsecamente ligadas a que estos modelos puedan replicar con precisión las complejidades de los tejidos que pretenden simular o con los que deben interactuar. Presentan, por tanto, muchas ventajas, pero tecnológicamente quedan muchos retos para alcanzar este estadio de personalización. Uno de los retos principales es la disponibilidad limitada de materiales que pueden imitar con precisión los tejidos nativos, a la vez que pueden capturar la complejidad de la anatomía y forma de los mismos.

En este contexto, y dentro del Grupo de Ingeniería de Materiales – GEMAT de IQS School of Engineering, grupo de investigación con amplia experiencia en el desarrollo de nuevos biomateriales para distintas aplicaciones, la Dra. Gloria Nieva Esteve ha llevado a cabo su tesis doctoral bajo el título Explorando la Biomimesis: integración de estrategias de ciencia de materiales con tecnologías de impresión 3D para mejorar la replicación de tejidos biológicos. La tesis ha sido codirigida por el Dr. Salvador Borrós Gómez y el Dr. Robert Teixidó Bartés.

La Dra. Nieva centró su investigación en el desarrollo de materiales que recreen los tejidos biológicos, con diferentes características para mejorar su simulación, y su creación mediante materiales y tecnologías avanzadas, como la impresión 3D.

Siempre desde la perspectiva de qué necesidades médicas representa estos retos, la tesis se enfocó desde dos aspectos muy diferenciados: recrear la señalización biomecánica de los tejidos a mimetizar y, después, mejorar el comportamiento celular, con la incorporación de sustancias de origen humano a las biotintas de impresión.

Para conseguir el primer objetivo, se desarrollaron materiales basados en geles de silicona con propiedades viscoelásticas adaptables, que pudieran mejorar la imitación de tejidos blandos y reproducir biomodelos de tejidos y órganos más realistas. El control, tanto de las propiedades de impresión como de las viscoelásticas del material, se consiguió mediante el ajuste preciso de las formulaciones de silicona, utilizando un modificador de la reología, y de las propiedades mecánicas.

Esta nueva familia de tintas a base de geles de silicona permitió la reproducción por impresión 3D de los perfiles de diferentes tejidos blandos, que fueron validados en colaboración con el Hospital Sant Joan de Déu, mediante un protocolo médico establecido. En esta primera parte de su tesis, la Dra. Nieva trabajó con la Fundación CIM de la UPC, desarrolladores de la impresora 3D empleada, y fruto de esta colaboración se consiguieron diferentes phantoms de riñón.

El segundo objetivo de la investigación de la Dra. Nieva quería ir una paso más allá y conseguir desarrollar biotintas, materiales utilizados para la impresión 3D de scaffolds para ingeniería de tejidos, mediante la incorporación de materiales biológicos extraídos de tejidos humanos. Superadas las dificultades relacionadas con la propia impresión, la integridad estructura y la biocompatibilidad, se consiguió una familia de biotintas con buenas propiedades de impresión y estabilidad estructural a lo largo del tiempo, bajo condiciones fisiológicas.  La Dra. Nieva realizó esta segunda parte de la investigación en colaboración con el Banc de Sang i Teixits – BST.

Esta tesis doctoral representa un primer paso para poder superar la gran complejidad que presenta la mimetización de tejidos biológicos, tanto desde el punto de vista de simulación como de sustitución.

Publicación relacionada

Gloria Nieva Esteve et al., Developing tuneable viscoelastic silicone gel-based inks for precise 3D printing og clinical phantoms, Materials Advances, 2024, 5, 3706-3720.

Esta tesis se ha llevado a cabo en el marco del proyecto BASE3D, con el soporte de la Secretaria d’Universitats i Recerca del Departament d’Empresa i Coneixement de la Generalitat de Catalunya, a través del Fondo Europeo de Desarrollo regional (FEDER), y del proyecto QuirofAM, cofinanciado por ACCIÓ y la Unión Europea, a través del Fondo Europeo FEDER.