Un equipo de investigadores de Cells for Cells y de la Universidad de Los Andes, liderado por Juan Pablo Acevedo y Javier Enrione, desarrollaron Inkure®, una «biotinta» o soporte biológico para la impresión 3D de células en diferentes tejidos. El desafío para encontrar una fuente apropiada era importante, dado que la formulación seleccionada debía cumplir con dos requisitos fundamentales: ser compatible con las impresoras 3D disponibles en el mercado, y ser capaz de mantener viables las células incorporadas.
Para resolver ese desafío, los científicos se inspiraron en uno de los recursos naturales que tiene Chile, el salmón. Mientras la mayoría de la gente descarta la piel, en este desecho ellos lograron encontrar el valor de su proyecto. A partir del colágeno aislado de piel de salmón, imprimieron en 3D utilizando Inkure®, tecnología que tiene un potencial para el desarrollo de tratamientos para pacientes con quemaduras en la piel y en la impresión de órganos o tejidos más complejos. La gran apuesta es que en el futuro podría reemplazar la necesidad de trasplantes.
La bioimpresión 3D consiste en incluir distintos tipos celulares dentro de una «biotinta», los que se depositan capa a capa de manera controlada en un mosaico que se asemeja, por ejemplo, con nuestra piel. Luego, esta estructura es estabilizada mecánicamente mediante la irradiación de luz, generando así una estructura tridimensional definida.
El problema más complejo que hoy visualiza la tecnología de bioimpresión 3D, y que es la que el equipo ha tratado de resolver, es la resolución del constructo o impreso. En el caso, por ejemplo, de un tejido con menor funcionalidad como el cartílago, que está basado en un tipo celular sin necesidad de una gran vasculatura, se necesitaría simplemente una impresora que pudiera generar la forma tridimensional de un cartílago.
Sin embargo, cuando se trata de tejidos más complejos, en los que exista más de un tipo celular, se necesitan tecnologías que tengan mejor resolución, donde se puedan localizar los distintos tipos celulares en forma bastante precisa, de manera que se pueda llegar a un tejido que sea funcional, trasplantable e integrable a una red vascular.
El problema es que los biomateriales utilizados actualmente para impresión son muy viscosos, lo que no los hace aptos para bioimpresión. Hasta ahora, la mayoría de los laboratorios han adaptado sus tecnologías de impresión a los biomateriales que existen. «Lo que nosotros hacemos es que, dado que hoy existe tecnología de impresión 3D de alta resolución que utiliza materiales sintéticos, adaptamos Inkure® a ese tipo de tecnología. De esa manera no tenemos la necesidad de desarrollar un equipo, sino más bien adaptamos los biomateriales a ese tipo de impresora», afirma el investigador de Cells for Cells, Juan Pablo Acevedo, biólogo y PhD en ingeniería química.
Se optó entonces por las tecnologías de extrusión e inkjet o inyección de tinta, tecnología muy similar a la que utilizan las impresoras caseras, que funcionan a través de la formación de pequeñas gotas que son depositadas en forma ordenada, capa a capa, para formar una estructura tridimensional.
«Concluimos que biomateriales que provienen de especies adaptadas a bajas temperaturas tienen propiedades diferentes cuando son trabajadas a temperatura ambiente. La gelatina de bovino o de porcino se estructura como un gel sólido a temperatura ambiente. Pero Inkure®, que proviene de un organismo que está adaptado a bajas temperaturas, como el salmón, se mantiene líquida. Chile tiene una ventaja competitiva importante porque tenemos una industria importante de salmón, donde las calidades y las certificaciones están estandarizadas. Por lo tanto, tenemos una materia prima muy buena, de alta disponibilidad, ya que se trata de un producto de desecho de esta actividad industrial», explica.
Estado actual del proyecto
Actualmente, se han desarrollado impresiones con bastante resolución usando solo este biomaterial. Los constructos en base a la biotinta implantados dentro de modelos animales no solamente no fueron rechazados por el organismo, sino que también se observó la formación de vasos sanguíneos hacia el trasplante lo que significa una buena compatibilidad e integración de este material.
«En el futuro queremos empezar a generar estructuras más complejas junto con las células y la impresión de alta resolución». La ventaja de Inkure® para la tecnología inkjet, es que se basa en la deposición de múltiples gotas simultáneamente, lo que agiliza la impresión. Además, se puede usar más de una formulación de tinta y con más de un tipo celular a la vez. Eso quiere decir que en estructuras complejas donde se deben imprimir distintos tipos celulares, puede hacerse simultáneamente.
«Considerando que la gelatina es extraída de un producto de desecho industrial, proyectamos que Inkure® será bastante competitiva en el mercado», asegura Acevedo.
¿Cuáles son los principales obstáculos con los que se han encontrado?
La principal dificultad para llegar al sueño de la impresión de órganos es entender cómo es el comportamiento celular frente a distintos tipos de materiales y cómo la estructura 3D impresa se va a tener que integrar una vez implantada, es decir, cómo se tienen que distribuir las células, de manera que cumplan la función que tienen que cumplir.
La otra dificultad tiene que ver con la complejidad de los tejidos. El riñón, por ejemplo, tiene una complejidad muy elevada, en términos de la distribución de los distintos tipos celulares. En simple, este órgano se basa en la disposición de un cierto número de nefrones que está coordinada con una serie de vasos sanguíneos alrededor de ellos. Quizás, este tipo de resolución nunca se va a lograr, pero los investigadores, que entienden cómo funcionan las células en un tejido, eventualmente podrían generar estructuras que funcionen de la misma manera, pero que estructuralmente sean un poco diferentes.
¿Por qué con salmones?
Javier Enrione, ingeniero en alimentos y profesor de la Universidad de Los Andes, comenzó a trabajar con salmones en 2009, explorando propiedades de gelatinas extraídas de pieles de este pez. «A través de un proyecto Fondecyt empezamos a evaluar cómo obtener este material (gelatino-colágeno del salmón), comprender su estructura e intentar desarrollar algún tipo de aplicación. A lo largo del tiempo desarrollamos más proyectos, estudiamos diferentes propiedades y cuando llegué a la Universidad de Los Andes en 2013, empezamos a conversar con Juan Pablo, que ya estaba trabajando en bioimpresión con otros materiales. Se propuso probar este, considerando que la gelatina de salmón tiene propiedades que son muy diferentes a las del mamífero. Por lo tanto, creíamos que podía haber una ventaja de uso en este tipo de aplicaciones», recuerda Enrione.
«Los mamíferos, que somos homotermos funcionamos a 37°C y, por lo tanto, el colágeno que está en nuestra piel tiene una mecánica adaptada para que tenga cierto desempeño a esa temperatura. En cambio, el colágeno (que es de donde proviene la gelatina) de un pez de agua fría tiene una adaptación distinta, ya que tiene que tener una performance mecánica en el organismo del pez que se desarrolla en un ambiente con temperaturas menores a 10oC. Entonces, cuando esta gelatina comienza a utilizarse a temperatura ambiente, su comportamiento mecánico es diferente, lo que permite que sea un material mucho más fluido y con menor viscosidad, permitiendo que circule a través de diámetros muy pequeños, que es lo que sucede en la bioimpresión», explica.
La importancia de la gelatina radica en que la gran cantidad de materiales que se utilizan para bioimpresión son productos sintéticos, por lo tanto, no son bioactivos, es decir, no promueven el crecimiento celular. En cambio, el colágeno genera cierta señalética que estimula el crecimiento celular, más allá de que es biocompatible. A eso se suman las características de viscosidad requeridas para poder generar un constructo de alta definición.
Respecto a la proyección comercial de Inkure®, el gerente general de Cells for Cells, Roberto Bobadilla, destacó que se estima que el mercado de la bioimpresión 3D en Estados Unidos superará los US$500 millones en 2022, con aplicaciones médicas, dentales y de biotintas principalmente. «Inkure® es un producto bien estandarizado y con ventajas para la bioimpresión 3D a temperatura ambiente, incluyendo propiedades mecánicas superiores y adaptabilidad a las impresoras 3D disponibles actualmente, lo que la hace una tecnología muy atractiva y de alto valor. Considerando que Cells for Cells y la Universidad de Los Andes ya han protegido los derechos de propiedad intelectual de Inkure®, actualmente estamos iniciando las conversaciones con empresas internacionales interesadas en obtener la licencia», concluyó el ejecutivo.