Bioimpresion de Organos

Bioimpresion de
Órganos
B I B L I O G R A F I A
1Soo L, y Han K, y Dongho C.( Mayo 2015), Cell
Sources, Liver Support Systems and Liver Tissue
Engineering: Alternatives to Liver Transplantation, Korea
,Korean Society for Stem Cell Research.
Taylor & Francis Group (24 Feb 2015),
Órganos biológicos 3D-impresa: potencial
médico y la oportunidad de patentes, Boston,
MA, USA, Harvard Medical School,
Department of Radiology.
Collins S.f,(2014 Dic), La Bioimpresion está
cambiando Medicina Regenerativa para
siempre, Austin, Texas, TeVido BioDevices
Jonathan Perez Librado
En el presente ensayo trata más que nada al tema de la
bioimpresion de órganos, debido a que este es un tema
de interés medico sino que también de interés para la
sociedad en general, debido a que los trasplantes
actualmente son infrecuentes debido a que
actualmente existe una escases de órganos para poder
realizar estos trasplantes, con lo cual esta técnica
permite a estos pacientes tener un trasplante.

Bioimpresion de Órganos
Introducción (Generalidades)
¿Qué es la Bioimpresion de Órganos?
Es la agregación de células vivas o cualquier otro material sobre un soporte o
base sobre la cual se van agregando capa a capa hasta llegar a tener una
estructura completamente funcional (3D). Todo esto se logra a partir de cualquier
material que se pueda imprimir en una sola capa, por ejemplo: cualquier polímero,
metal, cerámica u otro componente (células vivas). Actualmente están disponibles
numerosos métodos para la impresión de órganos 3D, incluyendo la
estereolitogradia, que utiliza la luz para realizar una sintetizacion selectiva por
láser. Todo esto ha llevado a la formación del bioprinting (es la combinación de la
impresión de órganos y la tecnología), que ofrece la posibilidad de realizar
impresiones de pequeños órganos en desarrollo que con el paso del tiempo se
convertirán en órganos totalmente funcionales y que además se pueden
trasplantar.
¿A quiénes se les puede realizar un trasplante con estos órganos?
Estos órganos se pueden trasplantar a cualquier persona que necesite un órgano
de difícil adquisición y que además cuente con los recursos necesarios para
realizar este tipo de procedimientos quirúrgicos y tecnológicos para poder realizar
el trasplante con éxito, esto debido a que la bioimpresion es una técnica resiente,
además si le agregamos que el proceso es costoso.
Aplicaciones de la Bioimpresion
Este tipo de bioimpresiones no solo se aplica a tratamientos médicos como
trasplantes, sino que también tiene aplicaciones como realizar otras estructuras
que son muy pequeñas con lo cual esta tecnología es la más apropiada para
poder realizar estos proyectos, debido a que estas bioimpresiones son muy
certeras gracias a que muchas dela impresoras que se utilizan son guiadas por
computadoras con lo cual son muy exactas por así decirlo.

¿Cómo se realiza la bioimpresion?
Técnicas que se utilizan en el proceso
En todos los métodos, los elementos impresos son fijos a menudo utilizan la
temperatura para unir los materiales, pero no es el único método, también
podemos encontrar que unen los materiales por medio de procesos químicos,
mecánicos, ópticos o, por la reciente incorporación de impresoras térmicas de
extrusión de bajo costo, que utilizan filamentos de plástico de bajo costo, que han
acelerado el campo de crecimiento y con el bajo costo de producción han abierto
las puertas a personas que no cuentan con la economía necesaria para realizar
este tipo de procedimientos
Proceso mediante el cual se realiza la bioimpresion
El proceso comienza con el uso de las tintas para bioprinter (Bioimpresion), que
actualmente tienen como limite la imaginación del usuario, aunque presentan una
limitación y esa limitación son las impresoras debido a que las tintas ,muchas
veces no son compatibles.
Sin embargo las Tintas Emergentes de BP, o bioinks, incluyen combinaciones de
las células, agregados de células, péptidos, los factores de crecimiento,
hidrogeles, los componentes de andamios, y otros materiales. El procesamiento
de la bioinks (Bioimpresion) requiere un exhaustivo cuidado para asegurar que las
células y componentes de la tinta no sean eliminados o modificados desde el
momento en que se insertan en la impresora, y durante todo el proceso de
impresión.
¿Como se forma cada capa?
Las células se comienzan a funcionar e interactuar con su entorno en la impresión
en 3D al construir un complejo multidimensional "Viviente", estructura que puede
remodelarse a través del tiempo. Si se diseñan correctamente, esta interacción
debe proveer beneficios de investigación, beneficios clínicos y terapéuticos.
Además en la trayectoria clínica, es probable que el progreso a partir de tejidos
delgados y complejos multicelulares como vasos sanguíneos de soporte del tejido
/ órgano vascularizado aumente el potencial de construcciones de ingeniería en la

formación de sustitutos de órganos del todo funcionales. Existen varios tipos de
células pueden utilizarse en el proceso de la BP (Bioimpresion) y las limitaciones
son generalmente relacionadas por el tamaño de la celda o agregado celular y la
morfología, así como su capacidad de ser transferida a través del proceso de
impresión en un estado saludable. Actualmente se realizan pruebas simples que
se realizan para proporcionar una visión en la capacidad de una célula para
sobrevivir a un proceso dado de la impresora en su totalidad, por ejemplo: la
temperatura. La Bioprinters (Bioimpresion) a base de inyección de tinta se
caracteriza por ofrecer alta resolución y alta velocidad, pero son limitados a los
tamaños de celda más pequeño por el tamaño de la boquilla, que puede ser 20
micras de diámetro o incluso menos. Las bioprinters Basados en Extrusión pueden
imprimir células más grandes y agregados de células a altas densidades celulares
debidas al tamaño del orificio más grande de la boquilla. Sin embargo, por lo
general el tener menor resolución requiere de tintas de mayor viscosidad. Los
Bioprinters basado en LIFT (láser de transferencia inducida hacia adelante) ofrecer
alta densidad celular a alta resolución pero a menudo se limita a un solo tipo de
tinta por impresión, con lo cual no podemos realizar distintas combinaciones para
tener un mejor resultado y por lo tanto nos limita la impresión. La elección ideal
final de bioprinter debe basarse en las características de la construcción del tejido.
Las células también deben ser consideradas y si pueden ser ideales para la
impresión de órganos y tejidos deseados. Su uso teóricamente reduciría el tiempo
de incubación del tejido antes del trasplante. Esto de ninguna manera excluye el
uso de las células madre pluripotenciales inducidas, las células madre
embrionarias, las células extraembrionarias y las células madre adultas en el
proceso de BP. Las combinaciones de BP y de células madre ofrecidas por la
tecnología, posibilitan imprimir pequeños órganos en desarrollo que más tarde
crecerán en órganos con pleno funcionamiento mientras utiliza el host como una
incubadora. El proceso de BP permite el uso de múltiples bioinks (biotintas) para
ser depositadas en lugares precisos, formando un mosaico 3D de las células, los
andamios, estructuras, y / o huecos.

Impactos de la bioimpresion en la medicina regenerativa
El Futuro de la Bioimpresion
La Bioprinting está cambiando la Medicina Regenerativa de una gran manera dado
que ya puede variar el número de células y otros parámetros de la bioink (tinta)
en un esfuerzo para diseñar el funcionamiento óptimo. Esto ofrece la posibilidad
de evaluar rápidamente los efectos de las células con otras células, células de
tejido, y interacciones célula-sustrato. Al aumentar el número de bioinks utilizadas,
la complejidad de la estructura de la impresión puede ir aumentando.
Esto va desde Estructuras formadas por una sola célula depositada en un
andamio 3D, hasta las más complejas, tales como una estructura organizada de
células de múltiples tipos que forman una red vascular rodeada de tejido funcional.
El futuro de BP se hará más común a medida que la investigación demuestre los
nuevos usos y métodos de la misma son seguros.
La BP es ideal para la creación experimental de réplicas con tan pocas células de
cada uno, lo que permite la proyección de células en un medio ambiente y las
interacciones celulares. La integración de la estructura vascular en construcciones
de ingeniería tisular se ha mantenido difícil de alcanzar, lo que limita
fisiológicamente al órgano. Varios métodos están siendo actualmente investigado
en la utilización de técnicas de BP para formar canales vasculares. Estos
Métodos incluyen canales de sacrificio que más tarde pueden ser sembrados con
líneas de células endoteliales de los vasos sanguíneos.
Ejemplo: Bioimpresion de Hígado
Bioimpresion de Células Hepáticas (Hígado)
El hígado es el órgano más grande del cuerpo humano, con una arquitectura
compleja y muchas funciones. Su mayor funciones son homeostasis, la regulación
de la glucosa y el metabolismo lipídico, la desintoxicación, la producción de
proteínas de suero, y la secreción de la bilis. Los hepatocitos, juegan un papel
central en la función del hígado y tienen una gran capacidad de regeneración.
Cuando los hepatocitos están extensamente dañados, la función hepática
disminuye causando insuficiencia hepática. La insuficiencia hepática, en

asociación con fallo múltiple de órganos, es una causa importante de morbilidad y
la mortalidad para las personas que el trasplante de hígado es considerado el
tratamiento final. Sin embargo, la escasez de donantes, junto con la operación
relativamente riesgosa y el alto costo reducen los beneficios de trasplante de
hígado. Las Enfermedades hepáticas representan el 2,5% del total de muertes en
el mundo, y su incidencia y la carga de salud que imponen son continuamente
aumentadas. Actualmente se necesitan con urgencia alternativas al trasplante de
hígado. El trasplante de células, sistemas de soporte hepático y tejido hepático
son alternativas posibles. El trasplante Celular Exitoso depende de encontrar
fuentes adecuadas de células capaces de proliferar y reconstituir el órgano
deseado, y estos van desde hepatocitos primarios que son las células preferidas,
pero proliferan mal in vitro, y que además necesitan microambientes para
promover su multiplicación lo limitante es que aún están intensa investigación.
Además, los dispositivos de hígados bioartificiales, productos de ingeniería de
tejidos creados por la siembra de células en andamios de órgano descelularizado,
así como bioprinting 3-D, también requieren una fuente eficaz y reproducible de
Hepatocitos. Recientemente, los hepatocitos diferenciados de las células madre
han demostrado una gran promesa en la terapia basada en células. Además de
ser alternativas a trasplante de órganos, la ingeniería de tejidos de hígado y
hepatocitos de células madre derivadas de estas pueden proporcionar nuevos
enfoques de la toxicología y drogas de cribado.
Fuentes de células
Los principales retos en la terapia de soporte hepático son la limitada
disponibilidad y eficacia de fuentes de células. Varios tipos de células están siendo
investigados como fuentes eficientes de hepatocitos para el sistema de soporte
hepático, el trasplante de células e Ingeniería de tejidos. Entre ellos se encuentran
los hepatocitos primarios humanos y hepatocitos porcinos, y líneas inmortalizadas
de adultos y las células madre embrionarias, hepatoblastos fetales, células ovales
y células de hepatocitos como derivados de células madre.

Trasplante de Hígado
Trasplante de Hepatocitos Primarios en Humanos
Hepatocitos humanos primarios se utilizan como hepatocitos en el trasplante por
infusión directa de células aisladas, que tiene ventajas sobre el trasplante de
órganos en todo por ser menos invasiva, menos costosa, y más reproducible. De
está ya se han realizado numerosos estudios en animales y ensayos clínicos que
investigan el uso de este procedimiento en las enfermedades hepáticas
metabólicas, insuficiencia hepática aguda y enfermedades crónicas del hígado. El
trasplante es eficaz al menos para el tratamiento temporal de diversos trastornos
metabólicos del hígado. El número de hepatocitos que pueden ser trasplantados
de forma segura en el fracaso hepático agudo no ha sido suficiente para
restablecer la función hepática, además, alrededor del 40% de los pacientes con
insuficiencia hepática aguda se recuperar espontáneamente con solamente
manejo médico. Las investigaciones clínicas en la enfermedad hepática crónica
tienen resultados aún peores debido al hecho de que el daño de la arquitectura del
parénquima está lejos de ser ideal para el injerto de un número suficiente de
células. Actualmente, hay más estudios clínicos se llevan a cabo en esta zona, sin
embargo, un estudio realizado por Yovchev en un modelo de rata mostraron que
las células madre epiteliales trasplantadas y progenitoras podrían repoblar las
células del parénquima hepático perdidos que había sido reemplazado con el
tejido fibrótico, y tenía un efectos antifibiótico, lo que elevó la esperanza para los
pacientes con hígado cirrótico. Por otra parte Komori ha examinado la posibilidad
del trasplante de hepatocitos de otros órganos en lugar de en hígados que no son
adecuados para el injerto debido a una enfermedad crónica o insuficiencia aguda.
Por otra parte, hepatocitos primarios adultos tienen una capacidad mínima para
multiplicarse in vitro y rápidamente pierden su estructura y función después de
aislamiento. En modelos in vitro como sándwich y culturas esferoide se han
desarrollado para prevenir el deterioro funcional de los hepatocitos, pero los
hepatocitos adultos en cultivo todavía no son capaces de expresar todas las
funciones diferenciadas y a menudo carecen de muchas enzimas,
transportadores, y citocromo (enzimas P450). El injerto y largo plazo y la

supervivencia de los hepatocitos también necesitan ser mejorados. Además, el
tratamiento inmunosupresor que acompaña el trasplante de hepatocitos aún no ha
sido optimizado. Por lo tanto, la búsqueda de fuentes alternativas de células tanto
de origen hepático y no hepático ha recibido mucha atención.
Hepatocitos porcinos
Hepatocitos porcinos se utilizan con mayor frecuencia en hígados bioartificial
(BAL) y dispositivos implantables como hígados de porcino son fácilmente
disponibles y sus hepatocitos son metabólicamente similares a las células de
hígado humano. Tales células xenogeneicas son eficaces para el trasplante de
células bajo condiciones específica libres de patógenos. Los Hepatocitos porcinos
trasplantados eran metabólicamente activos durante más de 80 días en una
Modelo de macaco que se sometió a una inmunosupresión efectiva. Además de
su disponibilidad, los hepatocitos porcinos parecen ser menos inmunogénicos al
trasplante del órgano entero, de modo que los xenotrasplantes es una solución
potencial para el trasplante de hepatocitos. Sin embargo, la transferencia de
enfermedades zoonóticas, incompatibilidad proteína-proteína entre especies y
posibles respuestas inmunológicas generadas durante el tratamiento siguen
siendo retos para el uso de hepatocitos xenogénicos. La fisiológica dispareja entre
los seres humanos y cerdos obliga a buscar fuentes de células alternativas.
Líneas celulares de hepatocitos humanos
Mientras que los hepatocitos porcinos tienen un gran potencial de expansión
ilimitada, estas líneas celulares también tienen actividades bajas para algunas
funciones esenciales de hepatocitos. Líneas celulares derivadas de tumores
humanos pueden ser utilizadas en LBA. Por ejemplo, el extracorpórea hepática
Dispositivo de Asistencia (ELAD) utiliza la línea celular C3A, que se desarrolló a
partir HepG2, una línea celular de hepatoma humano. Los estudios han
demostrado que las células C3A sintetizan niveles elevados de albúmina y alfa
fetoproteína y tiene alta capacidad de metabolizar el nitrógeno. Sin embargo, la
eliminación de amoníaco, el metabolismo de aminoácidos, el citocromo y

funciones P450s y drogas que metabolizan permanecen bajas, principalmente
debido a la ausencia de complejos para la enzima ureasa y la reducción de las
mitocondrias. Un ensayo clínico piloto controlado de la línea celular C3A no ha
producido ninguna mejora en los parámetros de supervivencia y pruebas
bioquímicas. La posibilidad de transmitir productos o agentes tumorigénico y las
posibles complicaciones derivadas de esta son preocupaciones principales para
los investigadores.
Hepatocitos Fetales como trasplante
Hepatocitos fetales humanos tienen una capacidad de proliferación más alta de
hepatocitos adultos cuando se trasplantan, así como in vitro. Por tanto, han sido
inmortalizadas por transfección (SV40T, hTERT) para aumentar su disponibilidad.
Sin embargo, los hepatocitos fetales no son adecuados para ser empleados
en los regímenes de tratamiento clínicos en LBA, ya que tienen menor capacidad
para la eliminación de amoniaco (49%) y la producción de urea (1,1%) que los
hepatocitos primarios. En el Humano las células hepáticas fetales han producido
mejoras clínicas moderadas en la insuficiencia hepática aguda en algunos
estudios y el trasplante hepático fetal ha mostrado alguna mejoría sin embargo
tiene problemas con la disponibilidad de los hepatocitos fetales, su posible
tumorigenicidad y su naturaleza incompletamente diferenciada aún no se han
resuelto antes de que puedan ser utilizados clínicamente, y las preocupaciones
éticas también deben ser abordados.
Células ovales
En el campo de la regeneración del hígado, células ovales han sido sugeridas
como las células madre / progenitoras hepáticas que proliferan rápidamente
cuando los hepatocitos se agotan debido a la prolongada lesión, o cuando su
multiplicación se inhibe experimentalmente. Anatómicamente, estas células
residen en la zona llamada canales de Hering, que son ramas terminales de
árboles biliares, y producen una mezcla de las moléculas marcadoras de
hepatocitos adultos, y hepatoblastos fetales. En el modelo de la rata con lesión
hepática que implica 2-acetilaminofluoreno y hepatectomía parcial, las células

ovaladas dieron lugar a hepatocitos y células de los conductos biliares y
expresaron hepatocitos en el espacio temporalmente específico como marcadores
de linaje. Como en hepatocitos adultos, la capacidad de repoblación de células
ovales es baja en el hígado cuando las células trasplantadas no tienen ninguna
ventaja selectiva, pero cuando se trasplantan en ratones FAH-deficientes, estas
células repoblar el hígado tan eficientemente como hepatocitos adultos. Ha habido
un amplio acuerdo que las células ovaladas son la progenitoras de una especie
de células hepática adultas (célula madre), aunque la naturaleza de esta población
de células madre no está claro. Sin embargo, un estudio reciente ha
proporcionado evidencia de que los hepatocitos no se derivan de las células
óvalas, pero sólo de los hepatocitos preexistentes. No se sabe si este cambio de
argumento es aplicable a la del hígado humano. El potencial de las células ovales
de auto-renovación, diferenciación binaria, y el reemplazo de tejido funcional sigue
siendo discutible a la luz de estos informes contradictorios.
Células madre pluripotentes embrionarias e inducidas
Las células madre embrionarias (células ES) tienen ventajas con respecto otras
fuentes de células debido a su capacidad de diferenciarse en las células de las
tres capas de células germinales, y su alta capacidad para la proliferación in vitro.
Hay varios informes de la diferenciación de células madre embrionarias en células
de hepatocitos como la se pueden utilizar en el hígado bioartificial (BAL), cuyo
papel principal es comprar tiempo para el trasplante de hígado y permitir que un
hígado enfermo tenga tiempo para recuperarse, sin las zoonosis potenciales
asociadas con el uso de hepatocitos porcinos. Sin embargo, la corriente de
protocolos no lo han logrado llevar a cabo a una gran escala, lo que limita una
mayor aplicación de los hepatocitos derivados de ES en LBA. Otras cuestiones
sobre el uso de células madre embrionarias para la célula basada en terapia son
las preocupaciones sobre inmunocompatibilidad y posible formación de teratomas
por las células no diferenciadas, así como las consideraciones éticas. A fin de
evitar los problemas éticos e inmunológicos que plantea el uso de células madre
embrionarias, se han desarrollado procedimientos para inducir Las células madre
pluripotentes (iPS) a desarrollarse a partir de fibroblastos o células de otras capas

de células germinales embrionarias por manipulaciones genéticas para expresar
genes oncogénicos. Los esfuerzos para desarrollar Ips en hepatocitos mediante la
explotación de pequeñas moléculas o el estrés mecánico para inducir su
maduración en células hepatocitos han planteado la posibilidad de la maduración
en vivo. Sin embargo, a pesar de estos avances notables, el uso de vectores
virales, alteraciones del ciclo celular la regulación, y el riesgo de formación de
teratomas ha imposibilitado su uso en la terapia.
Opinión de los Expertos
Perspectivas de los trasplantes con estos órganos
El Avance de las técnicas quirúrgicas y tratamientos inmunosupresores después
de la operación, combinado con una mejor adecuación inmunológica entre
donante y receptor, tiene permitido que el trasplante de órganos se ha convertido
en una práctica corriente en la medicina moderna.
Para reducir sustancialmente la preocupación por la escasez crónica de trasplante
de órganos, los científicos y los médicos han buscado después de la demanda, la
producción y el cultivo de órganos biológicos reemplazables. Por desgracia, la
producción de órganos artificiales que tienen una funcionalidad completa, por no
hablar de su comercialización, no se ha realizado. Por lo tanto, la reproducción
bajo demanda de órganos humanos sin duda sería una desalentadora tarea,
teniendo en cuenta que nuestro conocimiento actual sobre el método de componer
células funcionales junto con el medio ambiente unicelular apropiado es todavía en
su infancia, es decir es ineficaz. En conclusión estas técnicas en un futuro
seguramente resultaran en un gran método para realizar trasplantes para órganos
que son escasos y que al mismo tiempo son muy necesarios para la vida del
paciente, sin embargo estas técnicas y tecnologías aún siguen en desarrollo por lo
cual es el principal obstáculo para poder llevar a cabo este método.
Bibliografía
1Soo L, y Han K, y Dongho C.( Mayo 2015), Cell Sources, Liver Support Systems and Liver Tissue Engineering:
Alternatives to Liver Transplantation, Korea ,Korean Society for Stem Cell Research.

Taylor & Francis Group (24 Feb 2015), Órganos biológicos 3D-impresa: potencial médico y la
oportunidad de patentes, Boston, MA, USA, Harvard Medical School, Department of Radiology.
Collins S.f,(2014 Dic), La Bioimpresion está cambiando Medicina Regenerativa para siempre,
Austin, Texas, TeVido BioDevices
*Nota: En cuanto a los temas que agregarían no se encontró como tal información acerca de la historia de la bioimpresion, debido a que es
una técnica resiente y que incluso sigue aun en investigación, por lo que aun también no existe un tema relacionado con la legalidad de esta
técnica.

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