En medicina regenerativa, existe una tendencia cada vez mayor a desarrollar materiales biodegradables para ayudar a que los tejidos regeneren. Las técnicas de fabricación avanzadas, como las impresoras 3D, además, están sirviendo de ayuda en ese trayecto. El grupo de investigación BIOMAT-biopolymeric materials de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa de la UPV/EHU ha combinado las dos y ha diseñado un biomaterial de gelatina. Es decir, ha utilizado una impresora 3D para fabricar una protesis y poder utilizarla en medicina regenerativa. “Además, nuestra materia prima ha sido gelatina derivada de residuos de la industria cárnica, por lo que también hemos conseguido valorizar residuos”, explica Alaitz Etxabide, miembro del grupo de investigación BIOMAT y primera autora del trabajo.

Las impresoras 3D ofrecen la oportunidad de adaptar tanto el diseño como la composición de la prótesis a las necesidades de cada paciente, “cosa que no hacen las prótesis estándar de hoy en día. Se pueden diseñar las prótesis en función de la anatomía individual de cada paciente, utilizando softwares específicos para ello, y que la adaptación sea absoluta”, aclara la doctora en ingeniería de materiales renovables.

La “tinta” para ser utilizada en la impresora 3D fue una mezcla de tipo hidrogel, cuyo principal componente fue la gelatina, obtenida mediante hidrólisis de los residuos de colágeno citados. “El mayor obstáculo que tuvimos que superar fue que la gelatina se disuelve muy rápido en entornos acuosos, y todavía con mayor celeridad a temperaturas como la corporal”, comenta Etxabide. Y aunque es cierto que es conveniente que las prótesis para ser utilizadas en biomedicina puedan ser disueltas y digeridas por el organismo, conviene que esto suceda transcurrido un tiempo, el necesario para que el tejido dañado se regenere. “Para ello, añadimos lactosa a la mezcla, pensando que ralentizaría la degradación de la gelatina al reaccionar con ella”, declara.

Además de la gelatina y la lactosa, incluyeron un tercer componente en la tinta diseñada: dexametasona, un fármaco antiinflamatorio e inmunosupresor. “Si la propia prótesis que se coloca en el tejido dañado libera un fármaco que le ayude en la curación, se requerirá de una dosis menor de fármaco para conseguir el mismo efecto, y, encima, el efecto se conseguirá antes, ya que no se debe esperar a ser digerido por el organismo, tal como sucede con los fármacos de vía oral”, añade. Tal como destaca la investigadora, “se puede jugar con la formulación de la tinta, y añadir unos componentes u otros, para llegar al efecto que se quiere lograr en el paciente”.

Una vez diseñada la prótesis y definida su formulación, el tercer paso fue la impresión. “En nuestra investigación nos decantamos por la tinta líquida, ya que ofrece una versatilidad mayor para jugar con su formulación que los materiales sólidos o en polvo. Eso sí, tuvimos que tener en cuenta que ese líquido necesitaba tener una viscosidad mínima, para, una vez impreso, mantenga la forma”, describe Etxabide. Tras dejarla a temperatura ambiente durante 24 horas, el agua fue evaporándose, y finalmente consiguieron una estructura completamente sólida. Después, lo sometieron a un proceso de calentamiento, para promover la reacción entre la gelatina y la lactosa, y dotar a la prótesis de una resistencia al agua mayor.

El cuarto y último paso del proceso sería la introducción de la prótesis fabricada en el organismo dañado. La investigadora es consciente del largo trayecto que queda por recorrer “hasta comenzar a utilizar las prótesis con pacientes reales, pero en el estudio simulamos las condiciones del cuerpo humano, ya que pusimos la prótesis en condiciones de temperatura y humedad típicas de cuerpo, para estudiar la evolución que tendría dentro del organismo, ya que el objetivo de nuestra investigación ha sido probar si podría llegar a ser una prótesis apta para ser utilizada en biomedicina. Ha sido un preanálisis”. Y los resultados del análisis mostraron que la reacción con la lactosa prolongó a siete días la duración del material que sin esa reacción se disolvía en agua en un solo día. Y por otro lado, “observamos que la superficie del material es rugosa, lo cual lo hace especialmente adecuado para ser utilizado como prótesis, dado que facilita la adhesión de las células a ella”, detalla la investigadora.

Tras este preanálisis, siguen trabajando en el largo camino hacia el fin último de utilizar la prótesis en medicina, tal como explica Etxabide: “Estamos colaborando con otro grupo de la UPV/EHU, ya que nuestro grupo no tiene la capacidad de llevar a cabo los estudios in vitro e in vivo que serían necesarios; en nuestro grupo trabajamos con las propiedades de los materiales, así como los métodos de fabricación, pero nos es imprescindible trabajar con grupos de investigación de otras áreas de especialización, para que cada uno realice sus propias aportaciones”.

Información complementaria

Alaitz Etxabide, investigadora del grupo de investigación BIOMAT-biopolymeric materials de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa de la UPV/EHU realizó el presente estudio en el Instituto Tecnológico de Auckland, Nueva Zelanda, gracias a una beca de investigación. En su estudio Etxabide hizo uso de la impresora 3D del citado instituto.