bioimpresión 3D

Ciencia en el espacio: diciembre de 2023

Imagine que alguien necesita un trasplante de corazón y los científicos toman células de esa persona para crear un corazón completamente nuevo. La investigación a bordo de la Estación Espacial Internacional está ayudando a acercar este sueño a la realidad.

El proceso de impresión 3D (también conocido como fabricación aditiva) permite diseñar y producir objetos únicos en plástico, metal y otros materiales, incluidas herramientas, equipos e incluso edificios. La impresión biológica o bioimpresión utiliza células vivas, proteínas y nutrientes como materias primas y tiene el potencial de producir tejidos humanos para tratar lesiones y enfermedades y crear órganos enteros para trasplantes.

En la gravedad terrestre, la bioimpresión requiere un andamiaje u otro tipo de estructura para sostener el tejido, pero en la casi ingravidez de la órbita de la estación espacial, el tejido crece en tres dimensiones sin ese soporte. Redwire Corporation ha desarrollado el Instalación de biofabricación (BFF) como parte del objetivo más amplio de utilizar la microgravedad para bioimprimir órganos humanos. La revista Popular Science concedió recientemente al BFF el premio Best of What’s New Award 2023 en la categoría de Salud. Estos premios, que se conceden desde 1988, reconocen «innovaciones revolucionarias que están cambiando nuestro mundo», según Popular Science, e «ideas radicales que mejoran nuestra vida cotidiana y nuestro futuro»

Una investigación en curso, BFF-Cardiacutiliza BFF para evaluar la impresión y el procesamiento de muestras de tejido cardiaco. Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en Estados Unidos. El tejido cardíaco adulto es incapaz de regenerarse, por lo que el tejido cardíaco dañado suele ser sustituido por tejido cicatricial, que puede bloquear las señales eléctricas e impedir las contracciones cardíacas adecuadas. Este estudio podría contribuir al desarrollo de parches diseñados para sustituir el tejido dañado y, en última instancia, a la creación de corazones de repuesto. Este trabajo representa un gran paso adelante para cerrar la gran brecha existente entre el número de órganos que deben trasplantarse y los donantes disponibles.

En BFF-Meniscus investigación y seguimiento BFF-Menisco-2 el estudio BFF-Meniscus-2 dio como resultado la primera bioimpresión con éxito de un menisco de rodilla humana en órbita utilizando la Instalación de Biomanufactura de la Estación Espacial, anunciada para septiembre de 2023. Las lesiones musculoesqueléticas, incluidas las roturas de menisco, son una de las lesiones más comunes que sufren los militares estadounidenses y este hito es un paso hacia el desarrollo de tratamientos mejorados en tierra y para los tripulantes que sufran lesiones musculoesqueléticas en futuras misiones espaciales. Tras la impresión inicial y un periodo de crecimiento en microgravedad, los tejidos se devuelven a la Tierra para nuevos análisis y pruebas.

La agencia espacial rusa ROSCOSMOS lanzó en 2018 un equipo, 3D MBP, que incluye una impresora magnética llamada Organ.Aut. Una serie de experimentos realizados entre 2018 y 2020 demostraron que este enfoque podría crear construcciones de tejidos, allanando el camino para nuevas investigaciones sobre la producción de órganos artificiales.

La tecnología de bioimpresión también podría usarse para crear retinas artificiales para ayudar a restaurar la vista a los 30 millones de personas en todo el mundo que sufren enfermedades degenerativas de la retina. Una forma de fabricar retinas artificiales consiste en alternar capas de una proteína activada por la luz y un aglutinante sobre una película. En la Tierra, la gravedad afecta a la calidad de estas películas, pero los investigadores pensaron que las películas creadas en microgravedad serían más estables y tendrían mayor claridad óptica. Producir retinas artificiales basadas en proteínas es uno de los proyectos de investigación que lleva a cabo LambdaVision Inc. en colaboración con la empresa Space Tango Inc. para desarrollar y validar métodos de fabricación de retinas artificiales en el espacio. La empresa ha fabricado con éxito varias películas de retina artificial de 200 capas en microgravedad y ahora trabaja para comercializar sus materiales y estrategias para el desarrollo de otras terapias y fármacos.

Bioprint FirstAidun estudio de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Alemana (DLR), ha demostrado el funcionamiento de un prototipo de bioimpresora portátil que crea un apósito a partir de las células de la piel del propio paciente. El espacio cambia la forma en que cicatrizan las heridas, y estos apósitos personalizados podrían acelerar la curación en futuras misiones a la Luna y Marte. El uso de células cultivadas por el propio paciente reduce el riesgo de rechazo por el sistema inmunitario, y el dispositivo ofrece mayor flexibilidad para tratar el tamaño y la posición de la herida. Como el dispositivo es pequeño y portátil, los profesionales sanitarios podrían llevarlo a casi cualquier lugar de la Tierra. El estudio demostró que el dispositivo funciona como se esperaba en microgravedad, y los investigadores están estudiando los parches impresos en el espacio y comparándolos con muestras impresas en tierra antes de dar el siguiente paso.

La bioimpresión en microgravedad también podría utilizarse para producir alimentos y medicamentos a demanda durante futuras misiones espaciales. Estas capacidades reducirían la masa y el coste de los materiales necesarios para el lanzamiento y ayudarían a preservar la salud y la seguridad de los miembros de la tripulación durante toda la misión.

El sitio impresión 3D en modo de gravedad cero que comenzó en 2014, demostró que el proceso de impresión 3D con materiales inorgánicos como el plástico funcionaba con normalidad en microgravedad.¹ la impresión 3D podría reducir la necesidad de llevar repuestos caros en futuras misiones de larga duración y ayudar a resolver el problema de predecir todas las herramientas u objetos que podrían necesitarse en una misión. Con la adición de capacidades de bioimpresión, las tripulaciones podrían llegar a ser capaces de imprimir en 3D casi cualquier cosa que necesiten, desde un destornillador de repuesto hasta una rodilla de repuesto.