Desde hace décadas la tecnología 3D ha permitido materializar prototipos de edificios y maquinarias, y ahora incluso órganos que simulan los reales, lo que facilitaría las prácticas de médicos especialistas, quienes constantemente atienden nuevas necesidades de sus pacientes. A partir de almidón de papa y fibroblastos se creó una “biotinta” –en proceso– con la cual es posible crear estructuras en tres dimensiones, o scaffolds, que sirven como soporte para el crecimiento celular en tejidos artificiales funcionales como piel, huesos y cartílagos.
Estados Unidos, Alemania, China y Reino Unido lideran la carrera de la bioimpresión, invirtiendo en investigación y desarrollo de bioimpresoras y biotintas. Estas “tintas especiales” no imprimen texto sino células vivas que facilitan la creación de implantes óseos, y a futuro podrían imprimir órganos complejos como el corazón.
La clave de estos avances radica en la Ingeniería de Tejidos, una disciplina que combina la Biología, la Ingeniería y la Medicina a fin de diseñar soluciones para reparar, reemplazar o mejorar la función de los tejidos dañados en el cuerpo humano. Los andamios tridimensionales (scaffolds) desempeñan un papel crucial en este proceso, al proporcionar un entorno propicio para que las células se adhieran, proliferen y se diferencien, imitando el entorno celular natural.
Un ejemplo de ello es el diseño y la bioimpresión de parches de piel (el órgano más grande del cuerpo humano) que se pueden aplicar sobre áreas afectadas por quemaduras, heridas o enfermedades. En este caso, el parche protege la zona mientras las células del paciente migran hacia la zona para completar el proceso de reparación.
Más allá de la regeneración de tejidos y órganos, es preciso aclarar que la bioimpresión también se ha utilizado en diferentes países para crear modelos 3D de tumores que facilitan las investigaciones sobre cáncer; desarrollar biosensores para el diagnóstico de enfermedades, y fabricar prótesis personalizadas para mejorar la calidad de vida de personas con discapacidades.
Tradicionalmente el almidón –extraído de fuentes vegetales como la yuca, el maíz y el arroz– ha sido reconocido por sus aplicaciones gastronómicas. Sin embargo, también se está empleando en el campo de la bioimpresión como matriz de soporte de la biotinta.
“A diferencia de la mayoría de las biotintas sintéticas, que usan biopolímeros, las basadas en almidón son más económicas, sostenibles y asequibles”, explica César Augusto Bacca González, doctor en Ingeniería – Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL).
Con papa de Nariño, Boyacá y Cundinamarca
Él y sus tutores están empleando almidón de papa para desarrollar una biotinta que simularía la conformación de formas geométricas del cuerpo humano. Dado su carácter biocompatible, este material garantiza su seguridad en aplicaciones médicas sin desencadenar reacciones adversas en el organismo. El investigador señala que “aunque la biotinta a base de almidón se ha propuesto en muchas investigaciones, hasta el momento no se han comprobado todos sus alcances”.
Para llevar a cabo este estudio se seleccionó la papa pastusa suprema, cultivada principalmente en Nariño, Boyacá y Cundinamarca. Tras un meticuloso proceso que incluyó corte, secado y molienda, se obtuvo harina de papa, la cual, luego de ser tamizada y sometida a un tiempo de secado adicional, se maceró y tamizó para obtener el almidón necesario.
Este carbohidrato, que sirve como reserva de energía para numerosas plantas, requiere de una manipulación térmica mediante el uso de solventes o plastificantes que ayudan a romper los gránulos de almidón, para lo cual se sometió a una serie de pruebas de caracterización para evaluar su pureza, tamaño de partícula y propiedades reológicas –flujo, deformación y viscosidad–, entre otros aspectos relevantes para su aplicación en bioimpresión.
Con base en los resultados de la caracterización del almidón, se desarrollaron formulaciones de biotintas utilizando diferentes concentraciones de almidón y aditivos compatibles. Según el investigador, “siempre buscamos garantizar una adecuada viscosidad, capacidad de extrusión y biocompatibilidad”.
La impresión
El proceso comienza con el diseño digital de la estructura que se desea imprimir en tres dimensiones, como órganos, tejidos u otras estructuras biológicas. El experto explica que los modelos se crean utilizando un software de diseño asistido por computadora, o mediante imágenes de tomografía computarizada.
Después se eligen los biomateriales, como el almidón, que servirán como andamios para sostener las células vivas durante el proceso de bioimpresión, y luego se seleccionan las células adecuadas que se integrarán en el material de impresión: células madre, de la epidermis (piel) y condroblastos (células de cartílago) etc.
Con la biotinta lista, el proceso de impresión se da en una impresora especializada. En este caso se modificó una impresora 3D convencional para convertirla en una bioimpresora capaz de manejar las biotintas desarrolladas. Este proceso implicó ajustes en el sistema de extrusión, el software de control y otros componentes de la impresora para garantizar la precisión y la reproducibilidad del proceso de impresión.
“Por tener un software bastante robusto, estos equipos nos permiten adaptar diferentes tipos de geometrías y establecer la cantidad de tinta requerida durante la impresión”, explica el investigador Bacca.
Dentro de los ensayos se incorporaron figuras con patrones en zigzag y rectangular, siendo estos último los más comunes para determinar la viabilidad celular. Cuando el material sale por la boquilla de la impresora se somete a un proceso de secado para realizar un acondicionamiento adecuado.
La investigación aún está en curso y se espera en corto tiempo incorporar células vivas para evaluar su viabilidad en las estructuras impresas. Su objetivo final es que los hallazgos se puedan traducir en avances médicos significativos como la fabricación de implantes personalizados y la regeneración de tejidos. Además, utilizar materia prima nacional ofrece la posibilidad de agregarle valor a la agroindustria del país.
El estudio fue dirigido por los profesores Diego Garzón y Jairo Perilla, de la Facultad de Ingeniería de la UNAL.
https://agenciadenoticias.unal.edu.co/detalle/almidon-de-papa-materia-prima-para-tinta-especial-que-ayudaria-a-regenerar-tejidos
