Trasplantes con órganos 3D: ¿una realidad clínica en 2030?

La bioimpresión 3D ha surgido como una tecnología revolucionaria en la medicina regenerativa. Tiene especial relevancia y potencial en el ámbito de los trasplantes de órganos, ya que permitiría reducir los tiempos de espera, personalizar tratamientos. Y facilitar la investigación farmacéutica. Esta técnica implica la fabricación de estructuras tridimensionales utilizando células vivas y biomateriales. Todavía no se han realizado trasplantes de órganos completos en humanos. Aun así, los avances en la bioimpresión de tejidos funcionales implantables como piel vascularizada, córneas para trasplantes oculares masivos, cartílago y orejas con tejido nervioso incipiente e incluso pequeños vasos sanguíneos han demostrado ser muy prometedores.

Esta tecnología es una gran innovación biomédica que busca resolver la escasez de donantes mediante esta creación de tejidos funcionales con bioimpresoras. Además, proporcionará otras ventajas como la reducción del rechazo inmunológico y la personalización de los órganos a trasplantar. Pero para que sea una realidad clínica, es preciso hacer frente a una serie de retos, como la vascularización completa de los órganos, los elevados costes y la regulación ética.

Cómo funciona la bioimpresión en 3D

La impresión de órganos en 3D es un proceso biotecnológico donde se usan bioimpresoras 3D que utilizan biotintas. Estas biotintas están compuestas de células vivas y biomateriales con los que formar estructuras similares a tejidos humanos. Se trata de una combinación de ingeniería de tejidos con tecnologías avanzadas de impresión, permitiendo construir estructuras biológicas capa por capa.

El proceso se inicia desde un modelo digital del órgano diseñado a partir de tomografías o resonancias magnéticas del paciente. A partir de ahí las bioimpresoras depositan las capas de biotinta con las células y otros biomateriales diseñados para favorecer su crecimiento y organización. Estas capas se depositan siguiendo un diseño preciso, con ajustes en tiempo real mediante inteligencia artificial (IA), para garantizar una construcción óptima del tejido.

Tras la impresión, los tejidos requieren un periodo de incubación en condiciones controladas para alcanzar su madurez funcional. Por último, antes de su uso clínico, los órganos impresos son sometidos a rigurosas pruebas de viabilidad.

Órganos 3D en miniatura y funcionales

Aunque todavía se encuentra en etapas experimentales, este desarrollo ya ha generado hitos significativos. Hitos como la impresión del primer órgano impreso en 3D: un corazón funcional en miniatura. Se ha realizado gracias al uso de la IA para optimizar cada fase del proceso. Desde el diseño del modelo digital hasta la selección de lo biomateriales. ¿El resultado? la impresión de un corazón completo con sus vasos sanguíneos, capaz de latir y palpitar, aunque aún no es viable para trasplante.

Pero no es el único órgano desarrollado con esta tecnología. Científicos del Centro de Investigación de Genoma Humano y Células Madre (HUG-CELL) de la Universidad de Sao Paulo (USP), en Brasil, han desarrollado mini-hígados. Éstos han demostrado ser capaces de realizar funciones clave como la producción de proteínas, el almacenamiento de vitaminas y la secreción de bilis. Este logro ha sido posible gracias a la bioimpresión, que les ha permitido generar tejido hepático en laboratorio en apenas 90 días. No obstante, estos órganos impresos aún distan bastante de ser órganos completamente funcionales y de tamaño real.

Implante de oreja en 3D

Donde esta innovadora tecnología ya ha conseguido revolucionar la práctica clínica es en el campo de los implantes. En 2022, se llevó a cabo con éxito el primer implante de una oreja impresa en 3D utilizando células del propio paciente. Se utilizó específicamente para tratar la microtia, una malformación congénita para la que hay muy pocas opciones de tratamiento. Este implante ha demostrado una regeneración continua del cartílago de la oreja tras la cirugía, marcando un hito en la bioimpresión aplicada a la medicina regenerativa.

Este avance permitió el desarrollo de la segunda parte de un ensayo clínico en el que participaron 11 pacientes con este tipo de implantes. El objetivo era evaluar la seguridad y eficacia de esta técnica. Y consiguió sentar las bases para futuras aplicaciones en la reconstrucción de narices, meniscos y tejido mamario.

Entre las principales ventajas que ofrece esta técnica frente a injertos hechos de materiales sintéticos destacan la tasa de rechazo casi nula. También la integración con los tejidos circundantes y la reducción del tiempo quirúrgico gracias a los modelos 3D preoperatorios.

Creación de piel funcional en España

En España, se está avanzando mucho en la impresión de órganos 3D con muy buenas perspectivas. Por ejemplo, la bioimpresión de piel humana funcional en nuestro país ha alcanzado hitos pioneros a nivel mundial, creando los prototipos iniciales y desarrollando ensayos clínicos para probarlos.

Hace ya ocho años, científicos de la Universidad Carlos III de Madrid, del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). Y también del Hospital General Universitario Gregorio Marañón, en colaboración con BioDan Group, presentaron un prototipo de bioimpresora 3D de piel humana totalmente funcional.

Esa bioimpresora usa cartuchos cargados de biotintas biológicas con queratinocitos y fibroblastos, proteínas y colágeno autólogo. A partir de ahí, replica tanto la dermis como la epidermis con folículos pilosos y vasos sanguíneos. El método permite crear piel tanto autóloga para trasplantes en quemaduras graves, como alogénica para uso industrial en pruebas cosméticas y farmacéuticas.

El pasado año se iniciaron las pruebas con piel bioimpresa para tratar quemaduras y heridas cutáneas usando la única bioimpresora 3D certificada en España. Con esta tecnología y gracias a la automatización, se consigue generar 100 cm² de piel en 48 horas, frente a las tres semanas que se tarda en hacerlo mediante métodos manuales.

Otros avances en bioimpresión 3D en España

También en el Hospital Gregorio Marañón, se ha implementado el uso de la impresión 3D en el servicio de Cirugía Oral y Maxilofacial. Con esta tecnología han mejorado la planificación quirúrgica y han reducido los tiempos en quirófano. Especialmente en la reconstrucción orbitaria tras traumatismos. Además, han reportado disminución de las secuelas en pacientes y han optimizado los recursos hospitalarios.

Otro ejemplo de esta tecnología dentro de nuestras fronteras es la inauguración en el mismo centro hospitalario del primer quirófano del mundo con tecnología híbrida que integra impresión 3D. Este espacio permite la fabricación intraoperatoria de productos sanitarios a medida, combinando tecnologías avanzadas como la angiotomografía 3D y la navegación quirúrgica. Con esta innovación se reduce la duración de las intervenciones y se aumenta la precisión quirúrgica.

Por otro lado, el Centro Tecnológico AIJU, en la Comunidad Valenciana, ha desarrollado un servicio pionero en Europa para replicar órganos y patologías con precisión ultrarrealista mediante impresión 3D. Estos biomodelos, obtenidos a partir de resonancias magnéticas o tomografías, simulan diferentes tejidos y texturas. También facilitan la formación médica y la validación de dispositivos sin riesgos para pacientes.

Y el Hospital Universitario Clínico San Cecilio, en Granada, están avanzando en la creación de modelos quirúrgicos. De ese modo, han incorporado guías en 3D para cirugías de columna, dirigidas a la corrección de escoliosis y deformidades. Esta tecnología permite planificar y simular intervenciones utilizando modelos impresos en 3D de la columna del paciente, aumentando la precisión y la seguridad de las operaciones.

Otras aplicaciones clínicas gracias a la bioimpresión

Otros avances significativos gracias a la bioimpresión 3D en los últimos años son los cartílagos y los tejidos de órganos para tratamientos específicos. En el Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han creado prótesis óseas personalizadas utilizando células del propio paciente. En la bioimpresora 3D depositan células cultivadas sobre cuadrículas de polímero. Las células absorben el polímero y generan hueso o cartílago para crear las prótesis a partir de tejido formado con material genético del paciente. Estas prótesis de cadera y rodilla tienen una tasa de rechazo inferior al 5 %.

Adicionalmente, se está investigando el desarrollo de tejidos pancreáticos funcionales para el tratamiento de la diabetes, así como tejido adiposo destinado a aplicaciones estéticas y reconstructivas. Hay investigaciones en curso para la impresión de tejidos cardíacos y pulmonares. Todo ello con el objetivo de crear parches para tratar enfermedades relacionadas con el corazón y los pulmones. Y en oftalmología, se están desarrollando retinas impresas en 3D para tratar enfermedades degenerativas de la vista y córneas para trasplantes oculares masivos.

Beneficios que ofrecen de los órganos en 3D

Aún falta para que los órganos impresos en 3D lleguen a los quirófanos, pero esta imparable evolución de la impresión 3D en medicina hace pensar que la bioimpresión de órganos funcionales podrían ser una realidad en cinco o diez años. Con todos los beneficios que eso plantea. Una de las grandes ventajas que aportará esta tecnología será la posibilidad de fabricar órganos personalizados. utilizando células del propio paciente. Esto eliminaría el riesgo de rechazo inmunológico y la necesidad de inmunosupresores.

Además, podría reducir las listas de espera para trasplantes, permitiendo la producción de órganos a demanda en lugar de depender de donantes. Esta cuestión representa una esperanza para pacientes que esperan un órgano. España continúa siendo líder mundial en trasplantes de órganos, con 28 años consecutivos en el primer puesto. Aporta el 19,2 % de las donaciones en la Unión Europea y el 6,4 % a nivel mundial. Pese a esta situación, en la UE cada día, una decena de personas fallecen esperando un trasplante.

A finales de 2024, según los últimos datos de la Organización Nacional de Trasplantes (ONT), la lista de espera en España alcanzaba a 5.096 pacientes. Ello subraya la necesidad urgente de nuevas soluciones, como los mini-hígados o mini-corazones impresos en 3D que podrían transformar este panorama.

Por otro lado, la bioimpresión de órganos en 3D también sería útil en la investigación farmacológica, ya que permitiría crear tejidos y órganos en el laboratorio para probar medicamentos de manera más eficiente y ética. De este modo, no habría necesidad de realizar ensayos en animales y se aceleraría el desarrollo de nuevas terapias.

Barreras que aún hay que salvar

Pero en esta carrera investigadora también hay grandes retos a los que ir haciendo frente paralelamente.

La complejidad estructural y funcional de órganos como el hígado, los riñones o el corazón hace necesario el desarrollo de sistemas de vascularización. Sistemas como redes capilares microscópicas de menos de 100 μm capaces de irrigar tejidos densos Algo fundamental para garantizar la viabilidad de los órganos. La organización celular es otro obstáculo significativo, ya que los órganos requieren una distribución precisa de diferentes tipos de células en arquitecturas tridimensionales complejas. Cuestión que es difícil de lograr con las técnicas actuales de bioimpresión.

También hay que tener en cuenta la estabilidad a largo plazo de los tejidos bioimpresos (actualmente, solo entre el 60 % y el 70 % de las células  sobreviven al proceso de impresión debido al estrés mecánico al que son sometidas). Y tras la impresión, los órganos deben madurar en biorreactores durante semanas para desarrollar funcionalidad. Y esta acción conlleva riesgos de contaminación.

Limitaciones tecnológicas y económicas

A nivel tecnológico también aún existen limitaciones. La velocidad de impresión es un factor limitante, ya que los procesos actuales son lentos y comprometen la viabilidad celular. La resolución de las impresoras tampoco es suficiente, ya que no pueden imprimir gotas de biotinta con la precisión necesaria (menos de 50 μm) para crear microestructuras complejas. En cuanto a las biotintas, hay una escasez de materiales que ofrezcan la combinación adecuada de baja viscosidad, estabilidad estructural y biocompatibilidad.

En lo que respecta a la parte económica, la producción de órganos en 3D es altamente costosa. Los materiales involucrados y las bioimpresoras industriales tienen un coste que oscila entre los 300.000 y los 800.000 euros, lo que hace que el coste promedio por cada órgano impreso podría estar en los 250.000 euros.

Además, la falta de estándares internacionales dificulta la validación de la calidad y seguridad de los órganos impresos. Por eso es necesario establecer marcos regulatorios claros. Y realizar ensayos clínicos exhaustivos para asegurar la seguridad y eficacia de los órganos bioimpresos, antes de su aplicación clínica generalizada.

Tampoco hay que olvidar los dilemas éticos que plantea la creación de órgano artificiales. El uso de células madre embrionarias genera un debate sobre el estatus moral de los embriones. Además, existe el riesgo de “turismo sanitario”, con personas viajando a países con legislaciones más permisivas para acceder a órganos impresos.

Órganos impresos para 2030 – 2035

Finalmente, el consentimiento informado se complica debido a la dificultad de comunicar los riesgos asociados con tecnologías experimentales. La seguridad a largo plazo es otra preocupación, ya que se requieren estudios sobre los efectos secundarios de los trasplantes de los órganos 3D a lo largo de los años.

Estos desafíos explican por qué hasta ahora solo se han logrado trasplantes exitosos con tejidos simples como la piel y el cartílago, o con órganos huecos como la vejiga. Los órganos sólidos como el hígado o el corazón siguen en fase experimental con ensayos preclínicos en modelos animales.

Sin embargo, la combinación de IA con investigaciones en células madre, biomateriales avanzados y bioimpresión podrían acelerar la viabilidad de esta tecnología en un futuro no muy lejano. De hecho, su desarrollo representa una de las mayores promesas en la medicina regenerativa y la cirugía de trasplantes. Una promesa que, contestando a la pregunta del titular, espera ser un hecho entre 2030 y 2035.

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