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La medicina regenerativa emplea células viables que se inyectan o implantan para lograr efectos terapéuticos, como la curación de heridas. No obstante, uno de los principales desafíos es asegurar que estas células lleguen eficazmente al sitio objetivo, manteniendo su supervivencia y función, y lograr una correcta integración tisular. Para maximizar el potencial de la terapia celular en este campo, es fundamental desarrollar o mejorar herramientas que permitan la producción de células de alta calidad a través de diversas técnicas de biofabricación.

La terapia celular regenerativa tradicional implica la inyección de células suspendidas en un líquido directamente en la zona diana mediante jeringuillas o catéteres. A pesar de su simplicidad, los resultados clínicos han sido insatisfactorios, en parte porque las células no se mantienen en el área objetivo. Para superar esta limitación, se han creado sistemas celulares más grandes y estables, destacando los biomateriales de hidrogel inyectable amorfo como los portadores más comunes. Otras opciones incluyen microgeles y microesferas poliméricas porosas.

Estos enfoques presentan desventajas, como una menor densidad celular en comparación con los tejidos nativos y diferencias en la composición y organización de los biomateriales en relación con la matriz extracelular. Como resultado, se han empleado construcciones densas de células sin biomateriales. Por ejemplo, las administradas en láminas planas o en esferoides tridimensionales han mostrado diversos niveles de éxito en la regeneración de tejidos en estudios preclínicos y clínicos. No obstante, las células, ya sea con biomateriales o sin ellos, a menudo se empaquetan de forma aleatoria e irregular tras la inyección. Aunque esto puede ser aceptable en algunas terapias, la falta de organización celular puede ser insuficiente en aplicaciones que requieren precisión, como en las lesiones cutáneas o pérdidas musculares.

Para abordar esto, han surgido métodos de biofabricación que permiten un patrón preciso de células y biomateriales. La bioimpresión 3D es capaz de crear construcciones celulares a micro y macroescala que replican la geometría de los tejidos nativos e incluye diversas modalidades. Una común es la bioimpresión por extrusión, que deposita biotintas (células y componentes) capa por capa. Otras incluyen la inyección de tinta, que expulsa gotas en patrones precisos, y la polimerización en cuba, que usa cubas precargadas para crear estructuras 3D mediante fotoquímica o sonoquímica.

La biomanufactura aditiva ha avanzado en la creación de arquitecturas tisulares utilizando biomateriales y esferoides multicelulares. Recientemente, se han logrado mejoras en la bioimpresión de agregados celulares sin biomateriales, permitiendo la formación de organoides a partir de biotintas compuestas solo por células somáticas. Dado que los órganos humanos requieren altas densidades celulares para sus funciones, se espera que los tejidos bioimpresos que imiten estas características optimicen los resultados de la terapia celular regenerativa, favoreciendo interacciones celulares efectivas e integración tisular tras el trasplante.

Esta técnica ha dependido de bioimpresoras de sobremesa, lo que implica fabricar y madurar tejidos antes de su trasplante. La bioimpresión in situ, que aplica biotintas directamente en el cuerpo del paciente, ofrece una solución más eficiente al permitir la creación precisa de estructuras tisulares en el lugar exacto. Este método mejora la adaptación, reduce el riesgo de contaminación, y aumenta la viabilidad celular y la integración del huésped. Por lo tanto, puede optimizar la regeneración de heridas en entornos hospitalarios y ser invaluable en situaciones de emergencia, como en campos de batalla.

Se pueden usar diversas metodologías, como el uso de bioimpresoras convencionales para la aplicación directa durante procedimientos quirúrgicos y cabezales de impresión miniaturizados que permiten al cirujano trazar manualmente el patrón en la zona terapéutica. Esta estrategia facilita la creación de estructuras 3D ajustables y definidas por el usuario. Otra alternativa es la programación de bioimpresoras basadas en catéteres robóticos, que proporciona un suministro estructurado de biotintas celulares. Actualmente, se están planificando estudios clínicos que utilizan estos enfoques (figura 1).

Figura 1: métodos de bioimpresión in situ y biotintas

Las demostraciones de esta técnica in situ han utilizado principalmente biotintas con biomateriales, pero en lugar de estos, integrar densidades celulares similares a las de los tejidos nativos puede mejorar el rendimiento regenerativo. Inicialmente, se han empleado microgeles con alta densidad celular, que han demostrado eficacia en la curación de defectos craneales y musculares. Al avanzar hacia biotintas libres de biomateriales que incluyan solo células individuales o agregados (esferoides u organoides), se podrán fomentar interacciones intercelulares robustas y permitir que las células creen su propia matriz extracelular. Esto, junto con la bioimpresión de células madre a las densidades adecuadas, podría generar tejidos de sustitución funcionales que satisfagan las necesidades estructurales y estéticas específicas.

Sin embargo, existen algunos retos, como la necesidad de una adhesión adecuada a los microentornos tisulares. Esto puede requerir el uso de factores de crecimiento y un diseño meticuloso, posiblemente con dispositivos microquirúrgicos avanzados. La estructuración precisa de los patrones debe adaptarse a las características de cada tejido, lo que puede implicar mejoras tecnológicas y la aplicación de inteligencia artificial. Además, se podría incluir señales bioquímicas y agentes terapéuticos que faciliten la modificación celular en el sitio, minimizando riesgos. Dado que esta tecnología está en desarrollo, se requieren estudios preclínicos y clínicos exhaustivos para garantizar su seguridad antes de su aplicación translacional.