A pesar de que los trasplantes aumentan cada año (más de 172 mil en 2023), la escasez de órganos compatibles y el riesgo de rechazo siguen siendo obstáculos para muchos pacientes en lista de espera.
En este contexto, la medicina regenerativa avanza hacia la fabricación de órganos mediante impresión 3D a partir de las propias células del paciente. No obstante, una de las barreras ha sido replicar la intrincada red de vasos sanguíneos que permita abastecer de oxígeno y nutrientes a dichos órganos, un requisito aún más crucial en el caso del corazón.
Ahora, un grupo de científicos de la Universidad de Stanford ha desarrollado una tecnología que permite fabricar —también mediante impresión 3D— esas complejas redes vasculares, una ‘pieza’ faltante para conseguir un corazón completamente funcional. Los resultados de este trabajo han sido publicados recientemente en la revista Science.
Un salto en bioimpresión: algoritmos y simulación de vasos sanguíneos
La clave del avance radica en un sistema informático que genera estructuras vasculares (el conjunto de vasos sanguíneos) adaptadas a la morfología exacta de diferentes órganos y tejidos.
Este algoritmo es capaz de funcionar 200 veces más rápido que los métodos anteriores y puede diseñar árboles vasculares con alto grado de realismo, imitando las rutas de las arterias, venas y capilares en distintos órganos humanos.
Según explican los investigadores, el nuevo software —de acceso abierto a través del proyecto SimVascular— permite crear modelos que siguen el patrón de ramificación de los vasos sanguíneos reales, respondiendo tanto a las necesidades funcionales como anatómicas.
Además de generar las estructuras, el equipo integró simulaciones avanzadas de dinámica de fluidos, optimizando así la distribución del flujo sanguíneo virtual y previniendo solapamientos poco realistas entre vasos. Con esta tecnología, fueron capaces de diseñar la red necesaria para un corazón humano en cinco horas. Lograron que cada célula estuviera a menos de 150 micras del capilar más cercano, es decir, dentro del rango óptimo para la supervivencia celular.
Aunque actualmente las impresoras 3D aún presentan limitaciones en resolución para las redes vasculares más densas, los investigadores imprimieron con éxito modelos simplificados y demostraron su funcionalidad manteniendo vivas células humanas alrededor de las ramas vasculares. Paralelamente, el equipo está trabajando en estrategias para inducir el crecimiento natural de los capilares más finos, que hoy no pueden imprimirse, y en mejorar la velocidad y precisión de la bioimpresión.
Múltiples aplicaciones médicas
El nuevo avance se desarrolló en colaboración con el Maternal & Child Health Research Institute, especializado en anatomía cardíaca infantil. Esta conexión resulta especialmente relevante para los casos de cardiopatías congénitas, que afectan al 1 % de los recién nacidos y constituyen una de las principales causas de mortalidad temprana. Según los especialistas de Stanford, los niños con estas afecciones pasan habitualmente por múltiples cirugías reconstructivas y, en ocasiones, requieren un trasplante de corazón debido a la limitación de las intervenciones convencionales.
Los expertos señalan que la disponibilidad de tejido cardíaco biofabricado o incluso de órganos completos podría revolucionar la cirugía pediátrica. El equipo de investigación ha potenciado este desarrollo apoyándose en imágenes de alta fidelidad y en la experiencia clínica de los cardiólogos pediátricos, lo que permite diseñar modelos personalizados y analizar el comportamiento de los tejidos artificiales antes de imprimirlos.
Los investigadores consideran que este nuevo método es el primer paso hacia una medicina regenerativa y personalizada en el ámbito cardíaco.
Tejidos funcionales y simulaciones clínicas
A pesar del progreso, los científicos advierten que persisten desafíos técnicos antes de que los órganos impresos en 3D se conviertan en una realidad clínica habitual. Un reto crucial es dotar a los órganos manufacturados de redes macro y microvasculares eficientes y lograr que los múltiples tipos celulares interactúen armónicamente para formar tejidos funcionales. También hace falta mayor velocidad y resolución en las bioimpresoras, así como estrategias para integrar células endoteliales y otros elementos clave.
Desde la perspectiva computacional, el modelado digital resulta esencial para diseñar tejidos viables y anticipar posibles problemas antes de pasar a la impresión. Esto permite validar hipótesis, ajustar parámetros de diseño y prever el comportamiento de la red vascular frente a diferentes desafíos fisiológicos o enfermedades.
A futuro, los investigadores esperan combinar simulación, impresión 3D y aprendizaje automático para desarrollar órganos con vasos sanguíneos capaces de adaptarse y evolucionar junto con el tejido anfitrión. Además de la fabricación de órganos, la plataforma podría emplearse para simular enfermedades vasculares y testar tratamientos personalizados en modelos digitales antes de aplicarlos en pacientes reales, abriendo nuevas vías para la medicina predictiva y la biofabricación avanzada.
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