Ensayo sobre impresión de órganos 3D

1. BENEMÉRITA UNIVERSIDAD
AUTÓNOMA DE PUEBLA
FACULTAD DE MEDICINA
DHTIC NRC 40086
Profesora Lilian Gaona Osorio
“La alternativa del mañana”
EQUIPO 7
Carlos Alberto Rodríguez Landero
Aarón Hafid Sánchez Alvaradejo
Jovita Guadalupe Romero Martinez
PRIMAVERA 2017

2. Introducción
El cuerpo humano es una maquina perfectamente alineada y equilibrada, cuyo
funcionamiento depende de este mismo equilibrio, un mal funcionamiento en
alguno de sus órganos deriva en enfermedad y hasta la muerte. Por ello la
importancia de los órganos, estos tejidos únicos he irremplazables, sufren los
estragos de la edad y de los excesos que tenemos día a día.
Hoy en día el trasplante de órganos ha representado una alternativa para la
mejor calidad de vida del paciente, alternativa que se ha visto disminuido por la
falta de donadores de acuerdo a estadísticas de CENATRA (Centro Nacional de
Trasplantes), en México existen 19,916 personas que están esperando un
trasplante, la mayoría esperan trasplante de córneas, y para el segundo trimestre
de este año se han realizado 2,029 trasplantes de este tipo, 102 de hígado y 28 de
corazón. Estos datos sin lugar a dudas reflejan un desabasto para la población
mexicana para tener una nueva oportunidad de seguir adelante. Gracias al avance
científico y tecnológico hoy tenemos una opción de generar órganos de otra
manera; Nos referimos al trasplanté de órganos en tercera dimensión.
Este es un proceso de medicina regenerativa que permitirá que pronto las
impresoras logren imprimir algo mucho más complejo y controversial: los órganos
humanos.
El presente trabajo está dirigido a los alumnos del área de la salud, y a
todos los profesionistas de esta área, teniendo como enfoque principal, como la
bioimpresión de órganos puede satisfacer la demanda de trasplantes en México.
Basándose principalmente en la ingeniería de tejidos como una rama de la
ingeniería encargada de - aplicar los principios de la ingeniería y las ciencias de la
vida a la fabricación de sustitutos biológicos que mantengan, mejoren o restauren
la función de órganos y tejidos en el cuerpo humano.-
Nunca perdiendo de vista la realidad que existe con respecto al desabasto
de órganos en nuestro país y maneras innovadoras que expliquen, no solo el

3. método, sino también la logística de cómo implementar un riguroso programa que
ayude a mitigar este desabasto.
También se mencionan las ventajas de esta ciencia siendo una de ellas los
costos de económicos en comparación con otro tipo de procesos, siendo su
principio fundamental la manufactura aditiva como bloques para construcción. Al
término de la lectura del presente ensayo, el lector tendrá un panorama global de
lo que representa la impresión de órganos en tercera dimensión y aún más
importante tendrá las herramientas necesarias capa generarse un criterio propio
sobre el tema.
Tema 1: ¿Qué es la impresión de órganos?
La bioimpresión de órganos implica - aplicar los principios de la ingeniería y las
ciencias de la vida a la fabricación de sustitutos biológicos que mantengan,
mejoren o restauren la función de órganos y tejidos en el cuerpo humano.- (Patiño
Salazar 2014)i
1.1 Procesos y técnicas de la bioimpresión de órganos:
A continuación de describirá una técnica viable y de bajo costo, que podría
representar un proceso viable para su aplicación en el sector público en el país,
esta es una técnica micro-robótica única en su género, con la cual se ha
experimentado en la ‘Brigham and Women's Hospital (BWH)’ y ‘Carnegie Mellon
University (CMU)’ la técnica consiste en elaborar hidrogeles que encapsulan
células individuales para utilizarlos como bloques celulares básicos para construir
tejidos con estructuras complejas, también demostraron que estos procesos
pueden realizarse sin afectar la vitalidad y proliferación de las células
Las impresoras especializadas colocan con ayuda de un brazo robótico una
capa de células a la vez localizándolas en el lugar apropiado
La “tinta” utilizada para esta tecnología, contiene en cada gota grupos de
miles de células, que se llaman esferoides, caen sobre una superficie gelatinosa;
esta superficies contienen un gel biodegradable que cumple la función de matriz

4. extracelular, gracias a esta superficie las gotas de bio-tinta caen de forma precisa
y sin riesgo de que se muevan o se desorganicen.
Según el investigador Malcolm Steinberg de la Universidad de Princeton en
Estados Unidos la bio-tinta fue creada en base a que en el embrión los
diferentes tipos celulares están presentes en forma de gotas, que tienen la
capacidad de juntarse y formar los diversos tipos celulares. Así a la hora de que la
impresora acomode las gotas de bio-tinta de acuerdo al diseño del órgano, estas
gotas se fusionaran entre ellas, para que se fusionen entre si y puedan dar origen
al órgano correspondiente.
1. Se explica cómo funciona una bioimpresora basada en válvulas que
produce un menor daño celular y mantener la viabilidad celular
manteniendo su pluripotencial.
2. Cualquier persona del mundo puede reproducir un objeto que desee
La impresión tridimensional también denominada fabricación digital directa
hace posible la creación de objetos mediante un archivo digital.
El modelo digital se elabora con ayuda de un programa de computadora y lo
va construyendo capa por capa. La primera tecnología de impresión tridimensional
de tipo comercial fue creada por Charles Hull EN 19994
En un cartucho se guardan células cultivadas en el laboratorio y en el otro
cartucho las pequeñas bolas que conforman el material de base

5. La técnica más desarrollada consiste en la fabricación de andamios de
polímeros biocompatibles con el cuerpo humano que se siembran de células en un
bioreactor dando lugar a los tejidos y órganos requeridos. La otra técnica consiste
en la impresión de los órganos capa a capa gracias a una sujeción llamada
biopapel. Tanto el andamiaje como el biopapel se degradan para no ocasionar
daños en el huésped.
El principio de la bioimpresora consiste, pues, en crear láminas de biopapel
que van a acoger las células hechas de gelatina o propiamente las células vivas
del paciente y así mantener temporalmente el tejido en posición. Luego imprime el
grupo de células sobre el biopapel gota a gota. Cada gota de biotinta mide
alrededor de 250 micras de ancho. En esta labor la precisión es esencial,
debiéndose ubicar las células en el lugar exacto y a partir de ahí, permitir que
éstas hagan lo que mejor saben hacer: replicarse y generar tejidos bajo las
condiciones de cultivo precisas. Todo ejecutado con la exactitud de un proceso
automático de ordenador.
Organovo consiguió imprimir tejidos hepáticos en tan solo 45 minutos. Las
células necesitaron otros dos días para crecer y madurar. Al cabo de cuarenta
días presentaban una actividad normal y respondían de manera fisiológica a
determinados fármacos. Harvard, Stanford, Sídney y el Instituto Tecnológico de
Massachusetts (MIT) han desarrollado una técnica que permite recrear, a través
de una impresora de código abierto con un extrusor diseñado al efecto y un
software de control, todo el sistema vascular del organismo en 3D. Pero, ¿Cómo lo
lograron? El primer paso lo dio un grupo de científicos de la Universidad de
Pennsylvania, quienes consiguieron imprimir una arteria funcional. A partir de ahí
se ha construido una red sanguínea a base de una malla de fibras recubiertas de
células endoteliales y una matriz de proteínas que se endurece con la luz, de
modo que cuando adquieren la suficiente consistencia las fibras pueden extraerse
dejando tras de sí una red de venas y arterias funcionales que actúan como matriz
y se recubren con células madre del paciente.
1.2 Ventajas y desventajas

6. La primera gran ventaja será que permitirá crear modelos de tejido humano más
precisos, que son esenciales para el desarrollo in vitro de fármacos y la prueba de
toxicidad. Adicionalmente, esto también puede allanar el camino para que las
células madre humanas se incorporen a los protocolos clínicos ya sea para la
implantación del paciente de órgano regenerado in vitro o impresión celular directa
in vivo para la regeneración de tejidos.
 En 2002 en el hospital infantil de los ángeles utilizaron materiales
elaborados con tecnología 3D en una cirugía para la separación de
dos siamesas.
 En 2011 en Bélgica se llevó a cabo el primer trasplante de mandíbula
además de ser utilizada para la elaboración de trasplantes se puede
utilizar esta tecnología para crear modelos anatómicos. La tecnología
se está utilizando para cultivar tejido humano
 Un problema con la impresión 3d es la piratería o reproducción de
objetos sin previa autorización, sería una consecuencia de poner
esta tecnología al alcance de todos.
 En laboratorios alrededor del mundo bio-ingenieros están trabajando
en la elaboración de válvulas del corazón, orejas, huesos, meniscos,
tubos vasculares e injertos de piel.
 Un impedimento y en el cual se tendría que trabajar mucho es en el
diseño de un software que proporcione datos exactos de acuerdo a
la biología.
 Las bio-impresoras podrían ayudar en las escuelas de medicina con
la creación de prototipos para su estudio o llevar a cabo
procedimientos complejos. La bio-impresión de órganos a partir de
células del cuerpo del paciente podría ayudar a los doctores a
conseguir compatibilidad a gusto.
1 Miguel Enrique Patiño Salazar, Avances del V0 Plus 23/oct/13-14/Nov/13,
Equipo de manufactura, Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM. Consultado 18 de
Marzo de 2017.

7. Tema 2: Donación de órganos en México
2.1 La demanda de órganos en México
Al día de hoy existen 21,235 personas que esperan un trasplante, distribuidos de
la siguiente manera:
12961 personas esperan recibir un trasplante de Riñón
7815 personas esperan recibir un trasplante de Cornea
390 personas esperan recibir un trasplante de Hígado
50 personas esperan recibir un trasplante de Corazón
9 personas esperan recibir un trasplante de Páncreas
6 personas esperan recibir un trasplante de Riñón-Páncreas
2 personas esperan recibir un trasplante de Hígado-Riñón
1 personas esperan recibir un trasplante de Pulmón
1 personas esperan recibir un trasplante de Corazón-Pulmón
Podemos observar entonces que la mayoría de las personas esperando
un trasplante esperan riñón, cornea, hígado y corazón, con base en los registros
de la CENATRA, esto quiere decir que hay más personas que necesitan un
trasplante y no están registradas en la lista de espera.
Para finales del 2016 se presentaron las siguientes estadísticas de
acuerdo a la cantidad de personas que esperan uno de los principales órganos
que se espera trasplantar:

10. Nos damos cuenta de la cantidad de personas en espera de un órgano es
muy grande, lo que nos dice que no hay suficientes para cubrir la demanda de
órganos necesitados en México por varios factores que se comentarán más
adelante.
Los siguientes datos nos indican la cantidad de trasplantes que hubo desde
hace varios años por los órganos más demandados, algunos de los cuales nos
dan el origen del órgano:

13. De acuerdo a las gráficas nos damos cuenta que conforme pasan los años
la demanda de órganos crece muy rápido, lo que hace que el poder conseguir
órganos para trasplante y cubrir a la mayor cantidad de personas sea cada vez
más difícil, por lo que es necesario poder nivelar más la demanda en comparación
con lo que se tiene.
El los datos podemos observar cómo es que el origen de los órganos es
muy importante, por ejemplo, hacia el 2007 la cantidad de córneas extranjeras en
comparación con las nacionales era aún mayor, pero a partir del 2008 este dato se
invirtió; podemos ver que la mayoría de los riñones que se donan son de personas
vivas y las de hígado son de personas fallecidas
El objetivo de la bioimpresión es que las gráficas de personas esperando un
órgano para trasplante se reduzcan y vayan en descenso, no porque dejemos de
trasplantar, sino al contrario, llegar a subir la cantidad de trasplantes realizados
por medio de esta nueva y maravillosa tecnología que nos puede brindar una gran
mejoría en el bienestar de los pacientes que padecen de alguna enfermedad en la
que necesiten el trasplante.
2.2 Desafíos en trasplante y donación de órganos
Muchos son los desafíos en los trasplantes de órganos, como es que los
sistemas de salud enfrentan una creciente demanda de trasplantes asociada entre
otros factores a la epidemia de obesidad y el aumento de las patologías crónicas
como la diabetes, las cardiovasculares y las dislipidemias, así como también al
subsecuente aumento de sus complicaciones entre las más frecuentes la
insuficiencia renal crónica y las hepatopatías.
Lo más importante es el riesgo inminente de la pérdida de la vida, ya que
para muchos de los pacientes en etapa terminal el trasplante se convierte en la

14. única alternativa terapéutica para salvar la vida, recuperar alguna función e
incorporarse a la vida productiva.
Las estadísticas así lo muestran, el número de trasplantes en el mundo se
incrementó un 13,5% (2010-2014), con un crecimiento promedio anual del 2.7%,
según datos de la Comisión de Trasplantes del Consejo de Europa (Newsletter
Transplante 2015) de 112 países, incluido México.
Aparte de esto, los mitos creados y la falta de información sobre el tema han
provocado que la donación de órganos, tejidos y células sea insuficiente en
nuestro país, lo cual se ve reflejado en el reducido número de potenciales
donantes inscritos en el Programa Nacional de Donación, lo que ha condicionado
que más de cien mil potenciales beneficiarios vean alejada la posibilidad de
mejorar su calidad de vida, ya que como hemos podido observar en México no
existe la cultura de donación como en otros países desarrollados.
Para incrementar la donación de órganos, en un artículo, María Guadalupe
Moreno Treviño y Gerardo Rivera-Silva nos proponen lo siguiente:
Las anteriores estrategias nos hablan de mejorar la información sobre el tema
a las personas y que de esta manera haya una mejor respuesta, sin embargo la
idea aquí propuesta y descrita nos ayudaría más, pues incluso las personas vivas
no tendrían que donar en un futuro y no se dañaría su integridad física.

15. TEMA 3 IMPRESIÓN DE ORGANOS 3D EN MEXICO
3.1 Desafíos de la implementación de la bio-impresión.
Los desafíos de la implementación de órganos incluye varios factores por
el lado biológico existe la tecnología y el conocimiento, basado en las células
madre y la ciencia de los materiales. Es decir, existen los materiales, las células y
la posibilidad de cultivarlas, solamente resta encontrar la técnica adecuada para
su correcto funcionamiento en equipo. Para hacer esto hay que calcular de forma
precisa cómo se lleva a cabo el proceso, cuál es el momento adecuado para
ponerlo en marcha, qué cantidad de células hay que inyectar o cuánto tiempo se
tienen en cultivo en el laboratorio antes de ser implantadas.
También es imprescindible tener muy claro cómo se alimentan las células en
el tiempo en que la pieza esté cultivándose en el laboratorio. Las células tienen
que vivir cada minuto y por tanto cada minuto les tienen que llegar nutrientes. La
llegada de los nutrientes en un sistema 3D es compleja porque tienen que
atravesar por difusión esa estructura 3D. Esto sólo es posible con unas máquinas
llamadas biorreactores, que son capaces de incluir los nutrientes en un líquido.
Los biorreactores introducen oxígeno, y retiran el dióxido de carbono y restos del
metabolismo de la célula. Esto es necesario desde que se pone en marcha el
cultivo hasta que se implanta en el cuerpo humano. Esas células que hasta ahora
se han alimentado en el bio-reactor ahora tienen que alimentarse en el organismo
receptor. Esto quiere decir que la sangre del organismo tiene que llegar a todas
esas células que han vivido hasta ahora en un ambiente especialmente diseñado
para que sigan vivas. Conseguir la vascularización, la creación de vasos
sanguíneos que lleven los nutrientes a las células implantadas es el verdadero
reto. Se pueden cultivar células en diferentes sustratos en el laboratorio, así como
promover la creación de pequeños vasos sanguíneos.
Otros desafíos a considerar son los costos, en un país muy desarrollado
esto es cosa sencilla ya que pueden invertir en investigaciones, pruebas en
animales, pruebas piloto etc. Considerando que vivimos en un país tercermundista
con pocos avances en cultura, ciencia, investigación y sobretodo inversión en el

16. sector salud, es muy complicado considerar la implementación de esta tecnología
en nuestro país, sobre todo en Instituciones de Seguro Social que
lamentablemente carecen de materiales básicos como material de curación,
medicamentos, o personal para satisfacer la demanda.
3.2 Bioética de la bioimpresión.
Actualmente la bioimpresión no solo presenta problemas en su ejecución
también ha traído varios cuestionamientos de tipo ético que tiene que ver con la
nueva habilidad de crear partes humanas en un laboratorio. Un director de
investigación en Gartner Inc., la empresa de investigación y consultoría en
tecnología de información, cree que la bioimpresión 3D avanza tan rápidamente
que incitará un debate ético de gran escala en el 2016. Instalaciones dedicadas a
la bioimpresión 3D de órganos y tejidos humanos avanzarán mucho más rápido
que la comprensión y aceptación general de las ramificaciones de esta tecnología,
dijo Pete Basiliere en un reporte reciente. Estas iniciativas tienen buenas
intenciones, pero generan un número de preguntas que siguen sin respuesta,
agregó Basiliere. Es probable que estos órganos bioimpresos sean costosos, lo
cual los pondría fuera del alcance de todos, menos los pacientes más ricos.
Murphy comentó que Organovo sólo usa células humanas para crear tejidos, y no
ve ningún problema ético con las actividades de su compañía. La gente solía
preocuparse por hacer investigación con cadáveres y eso terminó rápidamente.
Creen que el siguiente paso será la impresión de tiras de tejido, o parches, que se
podrían utilizar para reparar hígados y otros órganos dañados. Claro, cualquier
uso de tejidos bioimpresos en procedimientos quirúrgicos necesitaría la
aprobación de la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados
Unidos, por sus siglas en inglés). Para ese entonces, la noción de un cirujano
utilizando un riñón bioimpreso en un paciente ya no sería algo tan extraño. Sin
embargo, esta tecnología podría crear nuevas interrogantes morales. Las
preguntas éticas están destinadas a ser las mismas preocupaciones que hemos
visto en el pasado. Muchos avances médicos han sufrido resistencias morales,
desde trasplantes de órganos hasta la investigación con células madre. El

17. previsible impacto de la impresión 3D en la medicina es uno de los principales
factores que invita a pensar que será posible crear órganos y tejidos a medida,
compatibles con el receptor a partir de células obtenidas del propio paciente.
Otro punto importante a considerar para la impresión es la fuente de donde
obtener suficiente material para la realización de los órganos, por esta razón se
tiene contemplado el uso de células madre embrionarias ya que son capaces de
diferenciarse en cualquier tipo celular. Esto ha sido causa de debate bioético por el
uso de embriones humanos para obtención de esta células.
Otra opción es el uso de células madre adultas, pero se tiene un gran
obstáculo ya que son difíciles de encontrar y por lo regular no se diferencian en
todos los tipos celulares ya que dependiendo del órgano en donde se obtengan ya
van encaminadas para diferenciarse en ese órgano.
3.3 Satisfacer la oferta y la demanda.
Actualmente existe una gran lista de donación de órganos en espera, esto
es un problema importante ya que desafortunadamente no se tienen la misma
cantidad de donadores voluntarios este es un gran obstáculo para la recuperación
de pacientes que todavía tienen una oportunidad de vida
Como se ha mencionad, algunas cifras del Centro Nacional de Trasplantes
(Cenatra), son que actualmente más de 18 mil 448 personas esperan recibir un
trasplante; de ese total, 10 mil 675 personas esperan recibir un trasplante de
Riñón, 7 mil 295 de Cornea, 405 esperan por un Hígado, 47 un Corazón, 13
personas esperan recibir un trasplante de Riñón-Páncreas, 7 un trasplante de
Páncreas ,3 personas esperan trasplante de Pulmón, 2 un trasplante de Hígado-
Riñón y 1 trasplante de Corazón-Pulmón*. Hasta la fecha, CENATRA tiene
registrados alrededor de 2 mil 300 trasplantes, sin duda una cifra muy por debajo
de la demanda que existe.
Esto nos da un panorama muy amplio acerca de la situación actual en el
tema de donación. Con la bioimpresion se espera que esta cifra mejore y sean

18. más los trasplantes que se puedan hacer, con la ayuda de esta tecnología se
podrían salvar muchas vidas.
Otra posible aplicación de las impresoras 3D será la creación de prótesis
dentales y otros huesos. En este ámbito muchas Universidades han dado grandes
pasos en este sector. Como por ejemplo en Junio de 2011 tuvo lugar el primer
trasplante de mandíbula a una señora de 83 años. La pieza fue construida a partir
de polvo de titanio mediante una impresora 3D. Además el implante fue un éxito y
al día siguiente de despertar la paciente podía hablar y tragar con normalidad. El
diseño fue pensado para posteriormente poder incorporar los músculos sin
problema. También se realizó con éxito una operación en la que se sustituyó el
75% del cráneo de una paciente por implantes desarrollados mediantes impresión
3D gracias a unas prótesis impresas desarrolladas por la empresa Oxford
Performance Materials. Los escáneres en 3D permiten fabricar prótesis a medida
que se pueden usar en caso de traumatismos o fracturas que requieren un injerto
óseo. Las prótesis utilizadas están fabricadas en plástico pero la superficie está
recubierta con un polímero denominado PEKK Reduca que es capaz de estimular
el crecimiento de células y de hueso a su alrededor. De esta forma se añade una
prótesis impresa a medida gracias a la impresora 3D que forma una estructura
sobre la cual puede crecer tejido vivo y regenerar la zona en la que se realiza el
implante.
Conclusión:
En conclusión, vemos que la bioimpresión de órganos será una excelente
herramienta en el campo de la medicina, ya que nos permitirá aumentar el tiempo
y la calidad de vida en las personas con padecimientos crónicos u de otra índole
en los que sus órganos no funcionen y necesiten una donación.
Los beneficios de ésta nueva tecnología serán varios, como podremos observar,
la reducción del precio para los pacientes, disminución del tiempo de espera, el

19. cubrimiento de mayor número de pacientes y disminuir el rechazo por
incompatibilidad.
Por supuesto esto no es una meta a muy corto plazo, de hecho por el avance de la
ciencia aún falta para que veamos órganos completos hechos por bioimpresión,
sin embargo es seguro que se está trabajando en el tema y en un futuro no tan
lejano disfrutaremos de la maravilla que la ciencia nos está brindando para
mejorar en la donación y trasplante de órganos, por lo que nos queda promover e
informar a la población para que la donación sea mayor y se pueda ayudar a más
´personas que necesitan de éste servicio.
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