Los dispositivos impresos en 4D pueden adaptarse al crecimiento orgánico o cambiar según las necesidades del paciente a lo largo del tiempo, ofreciendo soluciones a medida que antes eran impensables.

La bioimpresión 3D ha sido una de las innovaciones más disruptivas en el campo de la medicina regenerativa, permitiendo crear estructuras tridimensionales de tejidos vivos que imitan a los órganos humanos. Sin embargo, mientras que la bioimpresión 3D se enfoca en crear réplicas estáticas de tejidos y órganos, la bioimpresión 4D lleva esto un paso más allá, permitiendo la creación de estructuras que pueden cambiar y adaptarse con el tiempo, lo que abre nuevas posibilidades en la medicina regenerativa y personalizada.

En la bioimpresión 4D se utilizan materiales especializados que son capaces de cambiar su forma, propiedades o funcionalidad en respuesta a estímulos externos. Estos materiales son a menudo referidos como «materiales inteligentes» o «materiales programables». Algunos de los tipos de materiales más comunes utilizados en la bioimpresión 4D incluyen:

  • Hidrogeles Sensibles a Estímulos: Los hidrogeles son una de las clases de materiales más utilizadas en bioimpresión 4D. Pueden responder a cambios en el pH, la temperatura, la luz o campos magnéticos. Estos hidrogeles pueden expandirse, contraerse o alterar su rigidez en respuesta a estos estímulos, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren cambios de forma o propiedades mecánicas.
  • Polímeros con Memoria de Forma: Estos son materiales que pueden «recordar» una forma original programada. Después de ser deformados, pueden volver a su forma original cuando se exponen a un estímulo específico, como el calor. Esto es útil para aplicaciones donde se requiere que un implante cambie de forma después de la implantación.
  • Materiales Biorreabsorbibles: Estos materiales se descomponen y son absorbidos por el cuerpo con el tiempo. En la bioimpresión 4D, pueden ser diseñados para cambiar sus propiedades o degradarse a una tasa controlada en respuesta a condiciones biológicas específicas.
  • Compuestos Magnéticos o Eléctricamente Activos: Algunos materiales pueden responder a campos magnéticos o eléctricos, permitiendo controlar su comportamiento de manera remota. Esto puede ser útil para aplicaciones que requieren un control preciso del movimiento o la forma del material.
  • Materiales Fotosensibles: Estos materiales cambian sus propiedades en respuesta a la luz, lo que puede ser utilizado para activar cambios en los tejidos impresos o para controlar la liberación de fármacos.
  • Nanocompuestos y Nanopartículas: La incorporación de nanopartículas en los biomateriales puede impartir propiedades únicas, como la sensibilidad a estímulos específicos o la mejora de la biocompatibilidad.

Estos materiales son seleccionados y diseñados no solo por su capacidad de responder a estímulos, sino también por su biocompatibilidad y seguridad para su uso en aplicaciones médicas. La investigación en este campo está en constante evolución, buscando desarrollar nuevos materiales que puedan ofrecer mayor precisión, eficacia y seguridad en aplicaciones biomédicas.

Las aplicaciones de la bioimpresión 4D son amplias y variadas. Podemos prever su uso en la creación de válvulas cardíacas que crecen con el paciente pediátrico, implantes de piel que se adaptan al curvarse y estirarse de las articulaciones, o incluso órganos que cambian de forma o se expanden para cumplir mejor con su función biológica.

“Gracias a la bioimpresión 4D, a través de la adecuada combinación de factores será posible guiar el comportamiento de las células en el tiempo. Además, de la misma manera que será posible guiar el comportamiento celular, la impresión 4D podrá aplicarse a la producción de fármacos con distintos patrones de liberación.” Fundación Instituto Roche

La bioimpresión 4D aún tiene obstáculos por superar: la complejidad de diseñar materiales que sean seguros, eficaces y capaces de responder de forma predecible en un entorno biológico es considerable. Además, la integración de estas estructuras con el tejido humano vivo implica una comprensión profunda de la biología del desarrollo y la ingeniería de tejidos.

No obstante, esta tecnología tiene el potencial de crear implantes y dispositivos médicos que se integren de manera más natural y funcional en el cuerpo. A medida que las investigaciones avanzan, nos acercamos a una era donde los tejidos y órganos impresos no solo se implantan, sino que evolucionan con nosotros.

Por: Cipactli Vargas

Fuentes:

Fundación Instituto Roche
Bioimpresión en la Medicina del Futuro

ArchDaily
¿Impresión 4D? Uniendo la fabricación aditiva y los materiales inteligentes

Xataka
Qué es la impresión 4D, qué materiales se usan y para qué puede servir