Un grupo de investigadores liderado por la Universidad de Granada junto a la empresa granadina REGEMAT 3D, ha publicado un novedoso proceso de impresión llamado ‘VbV’ (del inglés Volume-by-Volumebiofabrication) o biofabricación volumen a volumen, que ayuda a superar los problemas que surgen cuando se trabaja en bioimpresión 3D con termoplásticos a altas temperaturas.

Andamio bioimpreso con la geometría de una oreja.

La bioimpresión 3D simultánea de materiales y células ha surgido durante los últimos años como una nueva tecnología para crear tejidos vivos que regeneren lesiones y órganos o que simulen entornos tumorales. Los materiales biocompatibles que existen actualmente para bioimpresión 3D poseen un amplio rango de temperatura de fundición para la impresión, cada uno con sus ventajas e inconvenientes. Los biomateriales que funden a baja temperatura permiten imprimir células que mantienen una mayor viabilidad, pero suelen presentar un comportamiento mecánico y de biodegradabilidad bajo. Sin embargo, la gran mayoría de polímeros termoplásticos con propiedades mecánicas óptimas para aplicaciones en regeneración de cartílago aprobados para uso clínico, funde a altas temperaturas, por lo que la viabilidad celular disminuye en un proceso normal de bioimpresión denominado FDM (deposición de material fundido).

Además, las restricciones geométricas de bioimpresión cuando se utilizan polímeros termoplásticos que funden a altas temperaturas se basan en el hecho de que, para evitar el daño celular debido a la temperatura, se imprimen las mallas en zig-zag de manera que las células se colocan en los espacios intermedios y la siguiente capa se construye y se apoya en el termoplástico de la capa anterior. Esta geometría, aunque evite el contacto de las células con el termoplástico recién impreso, presenta restricciones a las propiedades finales del andamio (“scaffold”) y limita el área de contacto interno para la adhesión celular.

En este estudio, que publica la revista Experimental Biology and Medicine, mediante el proceso de configuración de bioimpresión ‘VbV’se genera el andamio con la geometría y características deseadas y a continuación se introducen las células en las zonas requeridas, permitiendo una total flexibilidad en la elección del polímero utilizado, la geometría del andamio y la distribución celular. La bioimpresión conjunta de un andamio de ácido poliláctico (PLA) y condrocitos ha demostrado que este procedimiento evita el daño celular, aboliendo la inducción demuerte (apoptosis) en las células sometidas al proceso de bioimpresión, y siendo capaces estas células de proliferar y colonizar todo el andamio. Además, se obtiene un constructo biológico final sin las restricciones geométricas que pueden comprometer el rendimiento del tejido,lo cual aporta grandes ventajas cuando se trabaja en la regeneración de tejidos que soportan grandes cargas como es el caso del cartílago articular.

De izquierda a derecha: Gema Jiménez, Macarena Perán, Carmen Griñán, Juan Antonio Marchal, José Manuel Baena, Manuel Figueruela.

Mediante este método se han conseguido resolver las complicaciones principales de las técnicas comunes de bioimpresión 3D: i) se puede utilizar con biomateriales ya aprobados clínicamente que funden a altas temperaturas, como el ácido poliláctico (PLA) y la policaprolactona (PCL), ii) no tiene restricciones en geometrías que podrían limitar la aplicación clínica de labioimpresión 3D en cartílago, iii) se pueden bioimprimir células de forma conjunta sin que se vea afectada la viabilidad de las mismas.El método ha sido validado para la aplicación de lesiones de cartílago, pero es fácilmente trasladable a otro tipo de tejidos o incluso en la bioimpresión 3D de modelos tumorales. Por tanto, el uso de este proceso de biofabricación‘VbV’ 3D podría acelerar la aplicación clínica de la tecnología de bioimpresión.

REGEMAT 3D (www.regemat3d.com), empresa de base tecnológica, con sede en Granada, está liderando el desarrollo de tecnologías de bioimpresión 3D y cuenta con usuarios en más de 20 países, trabajando en diferentes aplicaciones y tejidos. La empresa lleva años trabajando con el grupo de investigación de la Universidad de Granada “Terapias Avanzadas; diferenciación, regeneración, y cáncer”, dirigido por el catedrático Juan Antonio Marchal Corrales. Ambos participan en un proyecto conjunto para el desarrollo de nuevas terapias para regeneración de cartílago. Entre los colaboradores de la empresa se encuentra la Plataforma de Ingeniería Tisular e Impresión 3D (PITI3D) del Hospital Universitario de La Paz de Madrid, el servicio de traumatología del Hospital San Cecilio de Granada y el Hospital Virgen del Rocío de Sevilla. De esta forma, se trabaja en que los resultados no se queden únicamente en el laboratorio si no que pueda haber una traslación a la sociedad de forma que las nuevas tecnologías lleguen a los pacientes.

En este trabajo han participado investigadores de las universidades de Granada y Jaén pertenecientes a la Unidad de Excelencia “Modeling Nature: from nano to macro” de la UGR, del Instituto de Investigación Biosanitaria de Granada (ibs Granada) y del Centro de Investigación Biomédica (CIBM). Además,ha participado investigadores de las empresas REGEMAT 3D (José Manuel Baena, CEO), y Bioibérica SAU (Patricia Gálvez, responsable del área de Terapias Avanzadas) , y ha sido financiado por la Consejería de Economía, Innovación y Ciencia (Junta de Andalucía, Proyecto de Excelencia CTS-6568) y el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (Fondos FEDER, RTC-2016–5451-1).