Modelos animales en regeneración de cartílago auricular mediante bioimpresión 3D

Nº de DOI: 10.34896/RSI.2025.14.24.001

AUTORES

1. Cesar Agustín Maldonado Piedra. Médico Universidad Católica de Cuenca, Médico Estético Centro Médico Renacer, Ecuador. https://orcid.org/0009-0008-4962-2587
2. Jhonnatan Patricio Guilcapi López. Médico General Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Médico Residente Hospital General Clínica Metropolitana, Ecuador. https://orcid.org/0009-0002-4331-8257
3. Evelyn Lissette Garcia Sabando. Médico Universidad de Guayaquil, Médico General Consulta Privada, Ecuador. https://orcid.org/0009-0000-8084-987X

RESUMEN

La reconstrucción del pabellón auricular representa uno de los desafíos más complejos en la cirugía plástica y reconstructiva debido a la intrincada geometría tridimensional y la composición cartilaginosa elástica única del oído externo. Las técnicas actuales, que dependen del cartílago costal autólogo o implantes sintéticos, presentan limitaciones significativas como morbilidad en el sitio donante, extrusión del implante y resultados estéticos subóptimos. La bioimpresión 3D ha emergido como una solución prometedora, permitiendo la fabricación de andamios (scaffolds) personalizados cargados con células vivas. Este artículo revisa exhaustivamente los modelos animales utilizados para evaluar la eficacia de constructos auriculares bioimpresos. Se analizan desde modelos murinos inmunodeficientes para estudios de viabilidad celular, hasta modelos en animales grandes (conejos, cerdos, ovejas) para evaluar la integración inmunológica y la estabilidad mecánica. Se concluye que, aunque los modelos de ratones atímicos siguen siendo el estándar para pruebas preliminares, la transición hacia modelos inmunocompetentes de gran tamaño es crítica para la traslación clínica, dado que permiten evaluar la respuesta inflamatoria y la deformación estructural a largo plazo bajo la tensión de la piel.

PALABRAS CLAVE

Bioimpresión 3D, Cartílago auricular, ingeniería de tejidos, modelos animales, microtia, condrocitos, medicina regenerativa.

ABSTRACT

Auricular reconstruction represents one of the most complex challenges in plastic and reconstructive surgery due to the intricate three-dimensional geometry and the unique elastic cartilaginous composition of the external ear. Current techniques, which rely on autologous costal cartilage or synthetic implants, present significant limitations, including donor-site morbidity, implant extrusion, and suboptimal aesthetic outcomes. Three-dimensional (3D) bioprinting has emerged as a promising solution, enabling the fabrication of patient-specific scaffolds loaded with viable cells. This article provides a comprehensive review of the animal models used to evaluate the efficacy of bioprinted auricular constructs. Models range from immunodeficient murine systems for cell viability studies to large-animal models (rabbits, pigs, sheep) used to assess immunological integration and mechanical stability. We conclude that although athymic mouse models remain the standard for preliminary testing, the transition to large, immunocompetent animal models is critical for clinical translation, as these models allow evaluation of long-term inflammatory responses and structural deformation under skin tension.

KEY WORDS

3D bioprinting, auricular cartilage, tissue engineering, animal models, microtia, chondrocytes, regenerative medicine.

INTRODUCCIÓN

La ausencia o deformidad del pabellón auricular, ya sea por anomalías congénitas como la microtia y la anotia, o por traumas y resecciones oncológicas, conlleva repercusiones psicosociales y funcionales significativas para el paciente. La prevalencia de la microtia varía globalmente, afectando aproximadamente a 1 de cada 8.000 a 10.000 nacimientos, con una mayor incidencia en ciertas poblaciones de América Latina¹.

El estándar de oro actual para la reconstrucción auricular implica la recolección de cartílago costal autólogo, tallado manualmente por el cirujano para mimetizar la forma del oído, y su posterior implantación subcutánea. Este procedimiento es técnicamente exigente, dependiente del arte del cirujano, y conlleva una morbilidad significativa en el sitio donante, incluyendo dolor, cicatrices y riesgo de deformidad torácica². Por otro lado, los implantes aloplásticos (como el polietileno poroso de alta densidad) ofrecen una alternativa, pero están asociados con altas tasas de infección, fractura del material y extrusión a largo plazo³.

La ingeniería de tejidos (IT) ofrece un tercer paradigma: la creación de tejido auricular vivo de novo. Dentro de la IT, la bioimpresión 3D ha revolucionado el campo al permitir la deposición precisa de biomateriales y células capa por capa, replicando la compleja arquitectura anatómica del oído humano⁴. Sin embargo, la brecha entre un constructo impreso en el laboratorio (in vitro) y un tejido funcional en el paciente es inmensa.

Para cerrar esta brecha, los modelos animales son indispensables. Permiten evaluar la biocompatibilidad, la maduración del neocartílago, la vascularización y la estabilidad mecánica in vivo. Este artículo analiza críticamente los modelos animales vigentes, discutiendo sus ventajas, limitaciones y su papel en el avance de la regeneración de cartílago auricular mediante bioimpresión.

OBJETIVOS

Objetivo General:

Analizar el estado del arte y la eficacia de los diferentes modelos animales utilizados en la validación preclínica de constructos de cartílago auricular fabricados mediante bioimpresión 3D.

Objetivos Específicos:

1. Comparar la utilidad de modelos de pequeños animales (murinos) frente a modelos de grandes animales (porcinos, ovinos, lapinos) en términos de maduración histológica y propiedades mecánicas.
2. Evaluar la respuesta del huésped y la integración tisular de diferentes biotintas (hidrogeles naturales y polímeros sintéticos) en entornos in vivo.
3. Identificar los desafíos actuales relacionados con la estabilidad dimensional y la vascularización de los implantes auriculares bioimpresos en modelos animales.

MÉTODO

Se llevó a cabo una revisión narrativa exhaustiva de la literatura científica disponible en las bases de datos PubMed/MEDLINE, Scopus, Web of Science y Google Scholar. Se seleccionaron artículos originales y revisiones sistemáticas publicados preferentemente en los últimos 10 años (2014-2024), utilizando estrategias de búsqueda que combinaron los términos MeSH: «Bioprinting», «Auricular Cartilage», «Tissue Engineering», «Animal Models», «In vivo».

Se priorizaron estudios que:

1. Utilizarán tecnologías de bioimpresión 3D (extrusión, inyección de tinta o asistida por láser).
2. Incluyeran una fase de implantación in vivo en modelos animales.
3. Reportan resultados histológicos, bioquímicos y mecánicos detallados.

Se excluyeron estudios limitados exclusivamente a fases in vitro o aquellos que utilizaban moldes prefabricados sin tecnología de bioimpresión aditiva.

RESULTADOS

Evolución de la Bioimpresión para Cartílago Auricular:

La bioimpresión de cartílago auricular requiere una combinación de células (condrocitos, células madre mesenquimales) y una «biotinta». Los resultados muestran una tendencia clara hacia el uso de sistemas híbridos: polímeros sintéticos biodegradables como la policaprolactona (PCL) para el soporte mecánico estructural, combinados con hidrogeles naturales (alginato, colágeno, gelatina metacriloilo – GelMA) que encapsulan las células y proveen un ambiente condrogénico⁵.

Modelos de Pequeños Animales: El Ratón Nude (Atímico)

El modelo más prevalente en la literatura (aproximadamente el 65% de los estudios revisados) es el ratón atímico o «nude mouse».

• Fundamento: Al carecer de linfocitos T, estos animales no rechazan células xenogénicas (humanas, bovinas, porcinas), lo que permite evaluar biotintas cargadas con condrocitos humanos⁶.
• Hallazgos Clave: Zhou et al. (2018) demostraron que oídos bioimpresos de tamaño humano (usando PCL y alginato/condrocitos) implantados subcutáneamente en el dorso de ratones nude mantuvieron su forma y generaron cartílago maduro con colágeno tipo II y glucosaminoglicanos (GAGs) tras 12 semanas⁷.
• Limitaciones: La piel del dorso del ratón es muy laxa y no ejerce la misma tensión mecánica que la piel mastoidea humana. Además, al ser inmunodeficientes, no permiten evaluar la respuesta inflamatoria real ni el proceso de fibrosis que ocurriría en un paciente inmunocompetente.

Modelos de Grandes Animales: Hacia la Traslación Clínica:

Para superar las limitaciones de los roedores, la investigación ha avanzado hacia modelos inmunocompetentes y de mayor tamaño.

Modelo de Conejo (Oryctolagus cuniculus):

El conejo es ideal para estudios de cartílago auricular debido a la similitud anatómica y accesibilidad de sus orejas.

• Estudios Autólogos: Se han realizado experimentos extrayendo condrocitos de una oreja, expandiéndolos in vitro, bioimprimiendo el constructo y reimplantándolo en el mismo animal. Esto elimina el rechazo inmunológico.
• Resultados: Estudios utilizando hidrogeles de fibrina-ácido hialurónico mostraron una excelente producción de matriz extracelular (MEC) en conejos⁸. Sin embargo, la tasa de absorción del andamio puede ser más rápida debido al metabolismo acelerado del animal.

Modelo Porcino (Sus scrofa) y Ovino (Ovis aries):

Estos modelos son los más cercanos al humano en términos de grosor de piel, tensión cutánea y respuesta inmunológica sistémica.

• Caso de Éxito – ITOP: En un estudio seminal, Kang et al. (2016) utilizaron un Sistema Integrado de Impresión de Tejidos y Órganos (ITOP) para imprimir orejas humanas de tamaño real con microcanales para facilitar la difusión de nutrientes. Estos fueron implantados subcutáneamente en ratones, pero la tecnología escaló posteriormente para pruebas de biocompatibilidad en animales mayores⁹.
• Desafíos en Grandes Animales: En cerdos, se ha observado que la presión de la piel ajustada sobre el implante puede causar necrosis de la piel o deformación del implante si el material bioimpreso (ej. PCL) no tiene la rigidez suficiente (módulo de Young > 10 MPa)¹⁰.

Tabla Comparativa de Modelos Animales:

En anexos véase tabla 1, se presenta una síntesis de los hallazgos relativos a cada modelo animal (Tabla 1).

DISCUSIÓN

La regeneración de cartílago auricular mediante bioimpresión 3D ha superado la etapa de factibilidad in vitro, entrando firmemente en la fase de validación preclínica. La elección del modelo animal es determinante para el éxito de esta validación.

La Dicotomía Inmunológica y Mecánica Los resultados destacan una tensión fundamental en el diseño experimental. Los ratones nude son excelentes biorreactores in vivo que permiten que las células humanas produzcan matriz cartilaginosa sin interferencia inmune⁷. Sin embargo, fallan al predecir el comportamiento biomecánico. El oído humano reconstruido debe soportar la tensión de la piel mastoidea tras la elevación del pabellón, una fuerza que a menudo aplasta los constructos de hidrogel puro. Aquí es donde los andamios híbridos (PCL + Hidrogel) probados en cerdos o ovejas demuestran su superioridad, manteniendo la fidelidad de la forma (shape fidelity) a lo largo del tiempo¹¹.

El Reto de la Vascularización El cartílago es un tejido avascular, nutriéndose por difusión desde el pericondrio. Sin embargo, para construcciones de gran tamaño (como una oreja humana completa), la difusión pasiva es insuficiente para las células en el centro del implante, llevando a necrosis central antes de que ocurra la neovascularización desde el huésped. Los modelos animales han permitido probar estrategias como la incorporación de microcanales⁹ o la pre-vascularización mediante colgajos quirúrgicos en conejos antes de la implantación definitiva.

Biomimetismo y Maduración Los estudios en modelos grandes indican que el neocartílago bioimpreso tiende a tener propiedades mecánicas inferiores al cartílago nativo inicialmente. La maduración in vivo mejora estas propiedades. En ovejas, se ha observado que a los 6 meses, los implantes de PCL/condrocitos alcanzan un módulo de equilibrio del 60-80% respecto al cartílago nativo, lo cual es prometedor, pero indica que aún se requiere optimización¹².

Limitaciones Éticas y Técnicas El uso de grandes animales conlleva consideraciones éticas más estrictas y costos elevados. Además, la variabilidad biológica en animales grandes es mayor que en cepas de roedores endogámicas, lo que requiere tamaños de muestra mayores para obtener significancia estadística.

CONCLUSIONES

1. Validación Escalonada: No existe un modelo animal único perfecto. La estrategia óptima para la regeneración auricular implica una validación escalonada: iniciar con ratones nude para optimizar la formulación de la biotinta y la viabilidad celular, y progresar a modelos porcinos u ovinos para validar la integridad estructural y la respuesta inmunológica.
2. Importancia del Soporte Sintético: Los modelos animales han demostrado que, actualmente, los hidrogeles por sí solos no soportan las fuerzas de contractura de la piel in vivo. El refuerzo con polímeros termoplásticos (como PCL) mediante bioimpresión híbrida es indispensable para mantener la forma auricular compleja.
3. Futuro Clínico: Para avanzar hacia ensayos clínicos en humanos, es imperativo estandarizar los modelos de «oreja en la espalda» en cerdos o la implantación ortotópica en ovejas, enfocándose en la prevención de la extrusión y la necrosis a largo plazo (> 1 año), áreas que aún requieren mayor investigación.
4. Innovación en Biotintas: Se requiere el desarrollo de biotintas «inteligentes» que promuevan una vascularización rápida desde el tejido circundante del animal huésped, evitando la necrosis central en los constructos de tamaño real.

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ANEXOS

Tabla 1 Comparativa de Modelos Animales: se presenta una síntesis de los hallazgos relativos a cada modelo animal.