El dispositivo podría fabricar piezas biomédicas a partir de la biotinta  para construir estructuras similares a tejidos naturales. La investigación del Laboratorio de robótica médica de la UNSW fue desarrollada por el profesor Thanh Nho Do y su estudiante de doctorado, Mai Thanh Thai.

El estudio ha dado como resultado una pequeña bioimpresora 3D flexible que tiene la capacidad de insertarse en el cuerpo como un endoscopio y entregar directamente biomateriales de varias capas en la superficie de los órganos y tejidos internos.

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El dispositivo de prueba, es decir está en fase de prototipado, también conocido como F3DB, cuenta con un cabezal giratorio muy maniobrable que “imprime” la biotinta , unida al extremo de un brazo robótico largo y flexible con forma de serpiente que se puede controlar externamente.

Los científicos han probado el dispositivo dentro de un colon artificial y en un riñón de cerdo donde imprimieron en 3D una variedad de materiales con diferentes formas.

“Las técnicas de bioimpresión 3D existentes requieren que los biomateriales se fabriquen fuera del cuerpo e implantarlos en una persona generalmente requeriría una gran cirugía abierta de campo abierto que aumenta los riesgos de infección”, dijo el profesor titular Thanh Nho Do.

Y afirmó que con esta innovación los biomateriales se pueden administrar directamente en el tejido u órganos con un enfoque mínimamente invasivo.

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“Este sistema ofrece el potencial para la reconstrucción precisa de heridas tridimensionales dentro del cuerpo, como lesiones en la pared gástrica o daños y enfermedades dentro del colon”, explicó.

Otro de los investigadores, el profesor de Scientia, Nigel Lovell, señaló que: “Actualmente, no hay dispositivos disponibles comercialmente que puedan realizar bioimpresión 3D in situ en tejidos/órganos internos alejados de la superficie de la piel. Se han presentado algunos otros dispositivos de prueba de concepto, pero son mucho más rígidos y difíciles de usar en espacios complejos y confinados dentro del cuerpo”.

El prototipo más pequeño producido por el equipo de la UNSW tiene un diámetro similar a los endoscopios terapéuticos comerciales (aproximadamente 11-13 mm), que es lo suficientemente pequeño como para insertarlo en el tracto gastrointestinal humano.

¿Cómo funciona la robótica blanda?

El dispositivo cuenta con un cabezal de impresión de tres ejes montado directamente en la punta de un brazo robótico suave. Este cabezal de impresión, que consiste en músculos artificiales suaves que le permiten moverse en tres direcciones, funciona de manera muy similar a las impresoras 3D de escritorio convencionales.

El brazo robótico suave se puede doblar y torcer debido a la hidráulica y se puede fabricar en cualquier longitud requerida. Su rigidez se puede ajustar con precisión utilizando diferentes tipos de tubos y tejidos elásticos.

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La boquilla de impresión puede programarse para imprimir formas predeterminadas u operarse manualmente cuando se requiere una bioimpresión más compleja o indeterminada. Además, el equipo utilizó un controlador basado en aprendizaje automático que puede ayudar en el proceso de impresión.

Los experimentos mostraron que las células no se vieron afectadas por el proceso, y observaron que la mayoría de las células estaban vivas después de la impresión. Luego, las células continuaron creciendo durante los siguientes siete días, observándose cuatro veces más células una semana después de la impresión.

Funcionalidad

De acuerdo con los científicos la bioimpresora podría ser especialmente importante en la cirugía para extirpar ciertos tipos de cáncer, especialmente el cáncer colorrectal, a través de un proceso conocido como disección submucosa endoscópica.

La capacidad de llevar a cabo tales procedimientos multifuncionales se demostró en el intestino de un cerdo y los investigadores dicen que los resultados muestran que el F3DB es un candidato prometedor para el desarrollo futuro de una herramienta quirúrgica endoscópica todo en uno.

Imagen: Universidad de Nueva Gales del Sur 

Sin embargo, lo que buscan los científicos japoneses no implica cirugías para convertir humanos en animales o viceversa. De hecho, es poco probable que veamos humanos con poderes animales, como un superhéroe, un mutante o al mejor estilo de la serie de los 80 ‘Manimal’ (lamento dañarle las ilusiones). Tampoco se busca crear una nueva especie de animales con rasgos humanos.

Lo que realmente quieren los científicos japoneses es crear en un laboratorio embriones animales con células humanas, para transplantarlos al útero de animales sustitutos de especies que ya sacrificamos para el consumo, como los cerdos, con el fin de que en el proceso de formación del feto desarrollen órganos que eventualmente se puedan usar en transplantes para humanos, (lo sé, sí implica cirugías, pero no como la del papá de Kyle), como explica un artículo publicado en la revista Nature.

El proceso, explicado con plastilina

El hombre al frente de estos experimentos es el científico Horomitsu Nakauchi, que dirige equipos de la Universidad de Tokio y de la Universidad de Stanford, en California (Estados Unidos). Para hacerlo más claro que en el párrafo anterior, te explicamos de manera más detallada su plan:

Nakauchi quiere cultivar células humanas en embriones de ratones y ratas, que carecen de un gen determinado para la creación de un órgano específico e inyectarles células pluripotentes inducidas humanas (IPS, por sus siglas en inglés). Es decir, células capaces de crear casi todos los tipos de tejidos, derivadas de una célula madre que no tiene esa capacidad.

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Entonces, a medida de que el animal se desarrolla, las células IPS le ayudan a fabricar el órgano que no pueden producir con sus propias células. Después de un par de semanas, esos embriones, híbridos entre animales y humanos, también llamados por algunos medios ‘humanimales’, son transplantados a animales con un útero sustituto para que terminen de desarrollarse.

Obviamente, los órganos de ratones no sirven para transplante en humanos y solo buscan llevar a feliz término su desarrollo completo para luego pasar a animales, como los cerdos, que sí puedan formar órganos compatibles con el cuerpo de una persona.

Ya lo han intentado

Pero esto no es algo nuevo. El propio Nakauchi y su equipo inyectaron, en 2017, células IPS en el embrión de una rata que no podía producir un páncreas. Finalmente, el roedor formó un páncreas con células de ratón, que fue transplantado a otro ratón que fue diseñado para tener diabetes y el órgano pudo controlar sus niveles de azúcar, curándolo de la enfermedad.

También en Estados Unidos, ese mismo año, desarrollaron fetos híbridos entre cerdo y humano (vuelven a mi cabeza las referencias de ‘South Park’ con el hombre oso cerdo); entre rata y ratón, y entre vaca y humano, con la idea de generar órganos adecuados para el transplante en personas, como señala un artículo publicado en la revista Cell.

Sin embargo, en el caso estadounidense las células de cerdo y humano no llegaron a culminar su proceso de formación y, luego de tres o cuatro semanas de desarrollo, las destruyeron por normas éticas.

Esas mismas normas han hecho que en Estados Unidos los institutos nacionales de salud no reciban financiación desde 2015 para este tipo de proyectos. Esto a pesar de que en ese país no hay ninguna ley que prohiba experimentos con embriones como los de los ‘humanimales’.

Luz verde del gobierno para experimentar

Cosa diferente pasaba en Japón, en donde se prohibía el crecimiento de embriones animales con células humanas por más de 14 días y su posterior transplante a animales sustitutos. Sin embargo, el Ministerio de Educación y Ciencia del país asiático emitió unas nuevas pautas en julio, con las cuales se permite la creación de embriones ‘humanimales’, que se pueden transplantar a úteros sustitutos y llevar al término de su desarrollo.

Gracias a eso, Nakatuchi y su equipo comenzarán a cultivar embriones de ratón y rata con células humanas, que se desarrollarán por 14 días y medio o 15 días y medio, respectivamente, momento en el que ya estarán mayormente formados sus órganos. Luego, el científico solicitará una aprobación del gobierno japonés para cultivar embriones ‘humanimales’ en cerdos por un período de hasta 70 días, para saber si pueden desarrollar órganos que puedan ser transplantados a los humanos.

Ante las preocupaciones de los bioeticistas sobre la posibilidad de que las células humanas afecten el cerebro de los animales, Nakatuchi señaló que las células solo afectarán el órgano específico que se quiere generar, por lo que deben ir paso a paso, sobre todo porque ya han hecho experimentos en los que los órganos tienen muy pocas células humanas y, por tanto, no sirven para el transplante, que es la razón de ser de estas investigaciones.

Imágenes: Cell y Selvanegra (vía: iStock).