Avance

Impresión en 3D capaz de usar múltiples materiales para crear objetos como tejido biológico con vasos sanguíneos.

Por qué importa

Crear materiales biológicos con las funciones deseadas podría dar lugar a órganos artificiales y novedosas partes para androides.

Actores clave

• Jennifer Lewis, Universidad de Harvard (EEUU)
• Michael McAlpine, Universidad de Princeton (EEUU)
• Keith Martin, Universidad de Cambridge (Reino Unido)

A pesar del entusiasmo generado por la impresión en 3D, sus capacidades siguen siendo bastante limitadas. Se puede usar para crear formas complejas, pero principalmente de plástico. Incluso los fabricantes que usan una versión avanzada de esta tecnología, la fabricación aditiva, sólo han conseguido ampliar la gama de materiales a unas pocas aleaciones metálicas. Pero, ¿qué pasaría si las impresoras 3D pudieran usar una amplia variedad de materiales, desde células vivas hasta semiconductores, mezclando y combinando estas "tintas" con precisión?

La investigadora de los materiales de la Universidad de Harvard Jennifer Lewis está desarrollando la química y las máquinas necesarias para que esto sea posible. Imprime objetos con complejas formas "de abajo a arriba", añadiendo materiales útiles por sus propiedades mecánicas, conductividad eléctrica y rasgos ópticos. Esto significa que la tecnología de impresión en 3D podría hacer objetos que sienten el entorno y responden ante él. "Integrar forma y función", explica, "es el próximo gran avance necesario en la impresión en 3D".

Un equipo de la Universidad de Princeton ha impreso una oreja biónica, combinando tejido biológico con electrónica (ver "Órganos cíborg"), mientras que un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge ha impreso células retinianas para formar tejido ocular complejo. Pero incluso entre estos impresionantes proyectos que expanden las posibilidades de la impresión en 3D, el laboratorio de Lewis destaca por la gama de materiales y tipos de objetos que es capaz de imprimir.

El año pasado, Lewis y sus alumnos demostraron que podían imprimir los electrodos microscópicos y demás componentes necesarios para crear baterías diminutas de ión-litio (ver "Baterías impresas"). Otros proyectos incluyen unos sensores impresos fabricados sobre parches de plástico que los atletas podrían llevar puestos para detectar traumatismos y medir la violencia de los impactos recibidos. Más recientemente, su grupo ha impreso tejido biológico entretejido con una compleja red de vasos sanguíneos. Para hacerlo, los investigadores tuvieron que fabricar tintas de distintos tipos de células y de los materiales que forman la matriz que las sostiene. Su trabajo aborda uno de los retos que quedan para poder crear órganos artificiales que sirvan para hacer ensayos clínicos o, en el futuro, usar como partes de recambio: cómo crear un sistema vascular que mantenga las células con vida.  

En un laboratorio situado en un sótano a unos cientos de metros del despacho de Lewis, su equipo ha montado una impresora 3D equipada con un microscopio que es capaz de imprimir con precisión estructuras con detalles de hasta un micrómetro (un glóbulo rojo tiene unos 10 micrómetros de diámetro). Otra impresora 3D más grande, con chorros de impresión con salidas múltiples para imprimir varias tintas simultáneamente, es capaz de fabricar una muestra de un metro con la microestructura deseada en apenas minutos.

El secreto de las creaciones de Lewis reside en tintas que tienen las propiedades necesarias para imprimirse durante un mismo proceso de fabricación. Cada tinta está formada por un material diferente, pero todas se pueden imprimir a temperatura ambiente. Cada tipo de material presenta un retos diferente; las células, por ejemplo, son delicadas y fácilmente destruibles cuando se expulsan por la boquilla de impresión. Pero en todos los casos hay que formular las tintas para que fluyan de la boquilla bajo presión y a la vez mantengan su forma una vez colocadas en su sitio, Lewis dice que pensemos en la pasta de dientes.

Antes de llegar a Harvard el año pasado desde la Universidad de Illinois en Urbana-­Champaign (EEUU), Lewis llevaba más de una década desarrollando técnicas de impresión en 3D usando cerámica, nanopartículas de metal, polímeros y otros materiales no biológicos. Cuando montó su nuevo laboratorio en Harvard y comenzó a trabajar con células y tejidos por primera vez, esperaba poder tratarlos igual que los materiales compuestos de partículas sintéticas. Ahora reconoce que la idea quizá fuera un poco ingenua. Imprimir vasos sanguíneos ha sido un avance hacia la creación de tejidos artificiales capaces de llevar a cabo las funciones complejas que se encuentran en los órganos. Pero afirma que trabajar con células resulta "realmente complejo". "Y hay que conseguir muchas cosas antes de poder imprimir un hígado o un riñón completamente funcionales. Pero hemos dado el primer paso".