Diseño, desarrollo e implementación de una bioimpresora optimizada de bajo coste para aplicaciones biomédicas mediante nuevas tecnologías de impresión 3D

Abstract

[EN] 3D bioprinting is a great tool with the potential to bring new solutions to problems that concern the human being in the field of health and bioengineering. Due to the limited body's cell regeneration capacity, after suffering a trauma or a degenerative disease, the organs gradually lose their functionality. Additive manufacturing with medical applications has the capacity to help to provide solutions. Although it still is in an initial phase, it is a field with high growth potential. Additive manufacturing is a set of technologies that basically control the deposition of material layer by layer, and allows the fabrication of structures with variable and complex shapes that could be impossible or high cost to manufacture by traditional methods. Some of these technologies can be applied to regenerative medicine and bioengineering. To do it, must be used biocompatible materials that can be loaded with living cells, and the main feature of this type of 3D printers is that they must be able to print and maintain the viability of the cell. The current commercial applications are mainly focused on the dental, skin printing, planning and surgical guides, and testing of cosmetics and drugs. On the other hand, research groups are developing methods to obtain printed organs, biosensors, biorobots, laboratories and organs in chips, even bioprinted meat. The development of this thesis has served to obtain cutting-edge knowledge about additive technology applied to regenerative medicine. In order to obtain the necessary information and develop this work, a current study of the state of bioprinting has been carried out focusing on research groups, commercial and legislative situation. In addition, to know special aspects for a bioprinter design and manufacturing, a 3D printer prototype has been developed designed to be used in biomedical applications. This analysis also aims to solve questions and problems about the design requirements to manufacture 3D printers or bioprinters for medical applications.

[ES] La bioimpresión 3D es una herramienta de gran ayuda para resolver problemas que conciernen al ser humano, al campo de la salud y la bioingeniería. Debido a que la capacidad de regeneración celular del organismo es limitada, a medida que se sufren traumas o enfermedades degenerativas, los órganos pierden gradualmente su funcionalidad. Este es un problema al que las tecnologías de fabricación aditivas con aplicaciones médicas tiene la capacidad de aportar soluciones, y aunque esté en una fase inicial, es un campo con un alto potencial de crecimiento. La fabricación aditiva es un conjunto de tecnologías que básicamente controlan la deposición de material capa por capa, y que permite fabricar estructuras con formas variables y complejas que podría ser imposible o muy costoso de fabricar por métodos tradicionales. Es posible aplicar alguna de estas algunas de las tecnologías que integran la fabricación aditiva a la medicina regenerativa y bioingeniería. Para ello se utilizan materiales biocompatibles que pueden ir cargados con células vivas, y la característica principal de este tipo de impresoras 3D es que deben ser capaces de imprimir y mantener la viabilidad de las celular. Las aplicaciones comerciales actuales principalmente se centran en el campo dental, la impresión de piel, la planificación y guías quirúrgicas, y el testeo de cosméticos y medicamentos. Por otro lado, los grupos de investigación están desarrollando métodos para obtener órganos, biosensores, biorobots, laboratorios en chips, incluso carne bioimpresa. El desarrollo de este proyecto de fin de máster ha servido para obtener conocimientos de vanguardia sobre la tecnología aditiva aplicada a la medicina regenerativa. Para obtener la información necesaria y desarrollar la tesis, se ha realizado un estudio actual del estado de la bioimpresión centrándose en, grupos de investigación, situación comercial y legislativa. Además, para conocer aspectos que conciernen a las características especiales para diseñar y fabricar una bioimpresora, se ha desarrollado un prototipo de impresora 3D pensada para ser utilizada en aplicaciones médicas. Este análisis pretende responder a muchas preguntas sobre los requisitos de diseño para fabricar impresoras o bioimpresoras 3D con aplicaciones médicas.