La bioimpresión ha pasado de una concept ambiciosa a un campo que hace un progreso constante hacia la creación de tejidos funcionales y estructuras vascularizadas, ofreciendo una visión del futuro de la medicina regenerativa. En este contexto, el profesor Mark Skylar-Scott compartió sus concepts sobre el estado precise y el futuro de la bioimpresión en una entrevista exclusiva con 3dprint.com.
A pesar del notable progreso en los últimos años, la bioimpresión sigue siendo un campo donde el potencial a menudo choca con los desafíos. Crear tejidos vascularizados funcionales que puedan prosperar en entornos clínicos sigue siendo un obstáculo importante. Skylar-Scott cocreado RÁPIDO al Instituto WYSSuna de las primeras plataformas diseñadas para simplificar y acelerar la fabricación de tejidos vascularizado, y ahora conduce a la investigación de vanguardia a Universidad de Stanford Para abordar estos obstáculos de frente.
«La bioimpresión todavía está en una posición en la que necesita demostrar su valía», dijo Skylar-Scott. “A pesar de los rápidos avances en {hardware}, materiales y accesibilidad, todavía no hay un producto bioprimido en el mercado. Incluso los productos de ingeniería de tejido no bioprintado «más simples» son raros. De hecho, el desafío closing radica en la función: creación de estructuras bioprimidas que realmente replican la fuerza, la flexibilidad y la funcionalidad de los tejidos naturales «.
Mark Skylar-Scott. Imagen cortesía de la Universidad de Stanford.
Además, Skylar-Scott destaca la brecha entre la aspiración y la realidad, preguntando: “¿Podemos imprimir un hueso tan fuerte y complejo como un hueso vivo? No. ¿Podemos imprimir un ligamento tan fuerte y complejo como un ligamento vivo? No. ¿Podemos hacer un corazón impreso completamente 3D todavía? Aún no.» Sus observaciones apuntan a la necesidad de avances en la vascularización e impresión a escala de órganos.
Uno de los problemas más críticos en la bioimpresión es la vascularización, la capacidad de crear redes de vasos sanguíneos que nutren y mantienen tejidos grandes y complejos. El experto cube que la comunidad de bioimpresiones puede imprimir grandes embarcaciones e incluso algunos pequeños, pero aún no hay ningún ejemplo de un árbol vascular que se extienda desde grandes vasos hasta capilares. Este problema, una vez que se cree que se puede solucionar a través de pequeños vasos autoensamblados, ha demostrado mucho más difícil de lo esperado.
Sin embargo, es optimista sobre los desarrollos recientes en biología y ciencia de los materiales. Resultados recientes del profesor Laboratorio de Milica Radisic En la Universidad de Toronto, muestre que agregar macrófagos primitivos puede mejorar drásticamente la microvascularización de los tejidos cardíacos. Un segundo enfoque prometedor, conocido como moldeo por sacrificio, ha sido recientemente pilotado por numerosos laboratorios. Implica la incorporación de microfilamentos en forma de fideos, de las estructuras temporales, delgadas, en los andamios de los tejidos. Estos microfilamentos actúan como marcadores de posición para redes vasculares o canales de fluidos. Una vez que se forma el andamio, los microfilamentos se eliminan disolviéndolos o derritiéndolos, dejando atrás redes intrincadas e interconectadas de canales huecos. Este método de sacrificio muestra un potencial significativo para crear los sistemas vasculares a múltiples escala necesarios para mantener tejidos grandes y complejos.
“Creo que comenzaremos a ver los primeros documentos convincentes que muestran vascularización escalable en los próximos uno o dos años. Estos estudios demostrarán cómo podemos crear árboles vasculares que abarquen muchas órdenes de escalas de longitud de magnitud y creen canales perfusables, lo cual es un paso crítico para el campo ”. Cuando se le preguntó sobre la línea de tiempo para los órganos trasplantables o clínicamente probados, Skylar-scott enfatizó el camino largo y arduo por delante: “Si estamos hablando de órganos totalmente bioprisados que se usan rutinariamente en humanos, es possible que estemos viendo de 20 a 30 años. Sin embargo, el campo podría ver sus primeros ensayos clínicos para construcciones específicas, como el tejido pancreático bioprimido o las células de islotes beta vascularizados para la diabetes, en una década «.
Una bioimpresión 3D en el Skylar-Scott Lab imprime una muestra de tejido cardíaco en 2022. Imagen cortesía de la Universidad Andrew Brodhead/Stanford.
“El impulso en este momento está en construcciones más pequeñas y alcanzables. Por ejemplo, numerosas compañías han sido financiadas recientemente para bioimpresar células de islotes beta que podrían revolucionar el tratamiento con diabetes ”, explicó.
Skylar-Scott explicó que las construcciones más pequeñas, como un cubo de centímetro vascularizado de células beta de los islotes para diabetes, representan un primer paso pragmático para la bioimpresión 3D y son más fácilmente alcanzables que los órganos completamente funcionales. Estos pasos no solo abordan desafíos críticos como la vascularización escalable y la producción celular eficiente, sino que también proporcionan prueba de concepto, ayudando a demostrar un progreso tangible y atraer más inversión. Centrarse en pequeños pasos ayuda a los investigadores a enfrentar los desafíos de crear órganos enteros.
Otra área crítica de enfoque para 2025 es acelerar los procesos de bioimpresión. Skylar-scott señaló los avances en la impresión 3D volumétrica y los sistemas de impresión paralelizados, que aspiran a superar la «ley cúbica» que hace que los tiempos de impresión salgan a la espiral fuera de management con el aumento del tamaño del tejido.
Según este principio, la impresión de tejidos más grandes lleva mucho más tiempo porque el volumen de un tejido crece mucho más rápido que su longitud. La impresión tradicional de capa por capa no puede mantener el ritmo, ya que las construcciones más grandes necesitan mucho más materials y tardan mucho más en imprimir. Nuevas tecnologías, como la impresión volumétrica y los sistemas de extrusión paralelados, abordan este problema al imprimir múltiples capas o volúmenes completos a la vez, lo que lo hace más rápido y más eficiente para crear tejidos grandes.
«La impresión de alto rendimiento será esencial para ampliar la producción de órganos», dijo. Igualmente importante es el desafío de la producción celular: “Si quieres hacer algo grande, necesitas muchas células. Por ejemplo, un corazón bioprimido requiere aproximadamente 30 mil millones de células. Nuestro laboratorio en Stanford está ampliando la producción a biorreactores de 10 litros, capaces de producir suficientes células para experimentos a escala de órganos. Aún así, los costos, tanto en términos de mano de obra como de materiales, son una barrera sustancial. Estamos trabajando duro para hacer que la producción celular sea más sostenible y eficiente, pero todavía es increíblemente costoso. Reducir estos costos es essential para garantizar que la bioimpresión siga siendo viable para el uso clínico generalizado «.
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Skylar-Scott cree que la percepción pública sigue siendo un desafío. Él cube que la bioimpresión fue barrida en el ciclo de exageración de la impresión 3D hace unos diez años, y ahora está saliendo con éxito fuera del valle de la decepción y en una fase más realista, emocionante y pragmática. Él cree que mostrar resultados tangibles y funcionales, como un kilogramo de vascularización, superando el tejido humano, capturará la atención pública y científica, reavivando el entusiasmo por el campo. A medida que la bioimpresión se acerca a las aplicaciones clínicas, la colaboración interdisciplinaria será clave, por lo que el laboratorio de Skylar-Scott integra biólogos, ingenieros y cirujanos para enfrentar los desafíos más apremiantes del campo.
Un ejemplo es su objetivo principal de recrear un corazón humano para la implantación en un cerdo con mutaciones para prevenir el rechazo del tejido humano.
El mensaje de Skylar-Scott fue claro: la bioimpresión está avanzando, pero no hay atajos para el éxito. “Continuaremos priorizando la función en nuestras publicaciones. La credibilidad es clave en un campo que ha sido plagado de expectativas. Nuestros objetivos son ciertamente elevados, pero realmente estamos dando los pasos audaces que creemos que son necesarios para avanzar «.
Mirando hacia el futuro, Laboratorio de Skylar-ScottLos objetivos ambiciosos representan la vanguardia de la innovación de bioimpresión, desde lograr la vascularización escalable hasta producir tejidos a escala de órganos. Si bien el uso rutinario de órganos bioprimidos puede estar décadas de distancia, 2025 promete ser un año clave para sentar las bases.
“Estamos en el alza, avanzando más allá de hablar y en un progreso tangible. Es un momento emocionante para ser parte de este campo, y me considero afortunado de trabajar con tantos estudiantes y científicos talentosos y dedicados ”, concluyó Skylar-Scott.
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