Bioimpresión de piel: mejora en trasplantes y adiós a ensayos con animales

En la lucha contra la pandemia global de COVID-19, la impresión 3D ha cobrado máxima relevancia. Las empresas se decantan por ella para la fabricación de equipos médicos y de protección individual (EPI) porque permite una producción rápida y de bajo costo, pudiendo así fabricar de forma acelerada hisopos para kits de prueba, válvulas para respiradores, protectores faciales y demás artículos dirigidos a los trabajadores esenciales que operan en primera línea.

La empresa emergente Next Big Innovation Labs (NBIL), radicada en India, está consiguiendo grandes logros en impresión 3D. Emplea esta tecnología en la bioimpresión de piel humana echando mano para ello de material biológico, como por ejemplo células, para crear así una biotinta que después se carga en la bioimpresora.

La piel es el órgano más grande del cuerpo humano y la primera barrera de defensa ante las bacterias nocivas. Regula la temperatura corporal y es clave para el sentido del tacto. Como está formada por múltiples capas, es óptima para el proceso de impresión 3D.

NBIL cuenta con un equipo de expertos en fabricación aditiva, biología sintética, ciencia de materiales y diseño computacional. Su objetivo final es mejorar la vida de los mil millones de habitantes de India.

Alok Medikepura Anil, cofundador de NBIL, comenta: “Vamos a crear una réplica de la piel humana y por ello tenemos que comprender no solamente su funcionamiento desde una perspectiva biológica, sino también su estructura física”. Anil había trabajado anteriormente como experto en diseño de impresión 3D en los sectores automotor y aeroespacial. Cambió de sector para dedicarse a la biotecnología y conseguir así logros con mayor impacto.

Para crear su propia versión de la piel humana, denominada Innoskin, NBIL opera en un proceso de tres fases. En la primera, conocida como fase de prebioimpresión, el equipo extrae células de muestras de tejido cutáneo y las almacena en un banco de células. Proceden entonces a mezclarlas con la fórmula patentada de biotinta de la empresa. Después son llevadas a la bioimpresora para pasar a la fase de bioimpresión.

Anil comenta que “en el momento de la bioimpresión, se imprimen tres estructuras dimensionales en línea con un tamaño, forma y dimensión específicos. Una vez han sido creadas estas estructuras, tienen las células incorporadas”.

Durante la fase final de posbioimpresión, las estructuras celulares son llevadas a una incubadora que reúne las condiciones propicias para su crecimiento, semejantes a las del cuerpo humano. Entre ellas están la temperatura de 37 °C y un 95 % de oxígeno, unos valores parecidos a los niveles en la sangre. Después de unos 14 días, las células crecen para convertirse en tejido, formando la epidermis y sus cuatro subcapas.

NBIL aplicó diseño generativo para que Trivima (la bioimpresora de la empresa) pesara menos. Anil indica que “fue clave para lograr el mayor control posible de la máquina, incluso del orden de micras”.

El equipo usó también Autodesk Eagle para hacer a medida las placas de circuitos impresos de Trivima, y Fusion 360 para diseñar los componentes de chapa metálica de la bioimpresora. Anil señala que “la robustez es importante porque los pequeños movimientos dentro de la máquina pueden alterar la calidad de las impresiones, de ahí que la chapa metálica fuera la opción ideal para nosotros”.

NBIL se encuentra en el proceso de validación de Innoskin, comparando la biología de su piel bioimpresa con piel de verdad y verificando en qué medida logra imitar la capa cutánea externa. El lanzamiento de Innoskin está previsto para este año.

Conseguir piel de laboratorio es un objetivo actual de la investigación, especialmente porque en muchos sectores hay reticencia ante la práctica de hacer ensayos con animales y se pretende así conseguir soluciones más éticas. EpiDerm, de MatTek, y Episkin, de L’Oréal, son ejemplos de piel que crece en una placa de Petri y que se emplea para probar productos del hogar, farmacéuticos, cosméticos y químicos antes de su lanzamiento.

Lo que diferencia Innoskin de la piel hecha en laboratorio es su precio, consistencia y escalabilidad. Anil añade: “Generarla por cultivo no ofrece la eficiencia necesaria lote tras lote, y puede haber variaciones en los lotes que sean producto de errores humanos. Con la bioimpresión 3D cutánea, hay varias impresoras sacando modelos de piel y se pueden reducir las variaciones de un lote a otro, lo que supone una gran ventaja para sectores en los que se busca un modelo estandarizado para realizar pruebas. Se puede también generar escala y reducir los costos”.

Aparte de ser una posible alternativa viable a la experimentación con animales, NBIL espera introducir Innoskin en el sector médico para su uso en situaciones clínicas, como cuando se hacen injertos de piel para curar heridas. Anil comenta: “Estamos estudiando formas de ofrecer soluciones a pacientes que necesitan trasplantes de piel por quemaduras. Con la bioimpresión podemos crear en el laboratorio piel personalizada para el paciente haciendo uso de sus propias células cutáneas”.

NBIL empleó diseño generativo para fabricar algunas partes de la impresora Trivima, como los soportes de la imagen. Gentileza de Next Big Innovation Labs.

La reducción del peso de las piezas de Trivima empleando diseño generativo permite que NBIL tenga más control del rendimiento de la máquina. Gentileza de Next Big Innovation Labs.

NBIL colabora también con la empresa farmacéutica Merck estudiando formas para que la tecnología de bioimpresión de la startup pueda acelerar los procesos y reducir los costos de desarrollo de los medicamentos. Dado que la bioimpresión es un sector emergente, NBIL es consciente de la importancia de forjar relaciones para conseguir mayor crecimiento y mejoras.

Anil explica que “la bioimpresión es todavía un sector nicho. Hay investigadores que trabajan de forma aislada. Hemos empezado a conectar laboratorios de investigación, instituciones académicas y homólogos industriales de todo el mundo porque creemos que la colaboración es la clave del éxito”.