La bioimpresión de prótesis de órganos y tejidos a partir de células obtenidas del propio paciente parece, al día de hoy, un escenario de ciencia ficción. Sin embargo, ya se han realizado las primeras experiencias a nivel internacional y este avance de la medicina podría ser una realidad de aquí a los próximos 30 años.
La biorreprografía, o impresión de órganos en tres dimensiones, está revolucionando el campo de la medicina regenerativa. “Cartuchos de células, impresoras de órganos”, titulaba El País de Madrid un reciente artículo publicado por el periodista Jaime Prats al respecto. Allí se hacía referencia al impacto de la bioimpresión 3D en cuanto a sus usos médicos y aludía a la posibilidad de “crear órganos y tejidos a medida, compatibles con el receptor, a partir de células obtenidas del propio paciente”. “El objetivo de la ingeniería tisular –aclaraba el catedrático José Becerra, del Laboratorio de Bioingeniería y Regeneración Tisular de la Universidad de Málaga– es conseguir estructuras funcionales con capacidad biológica de integrarse en el cuerpo del receptor”.
En un comienzo, el uso de este tipo de tecnología estaría limitado al desarrollo de prótesis sólidas destinadas a sustituir la parte sólida de los huesos en pacientes que hayan perdido masa ósea. El reto posterior sería “fabricar piezas que estén vivas” o, tal como apunta el autor del citado artículo periodístico, “que sean capaces de integrarse en el cuerpo sin ser un agente extraño”. Es por eso que antes de cantar victoria, la ciencia deberá sortear una serie de obstáculos. El primero de ellos es la integración de las células formando estructuras laminares. El segundo paso sería la formación de estructuras tubulares que empleasen dos tipos celulares diferentes. El tercer desafío sería obtener órganos con formas huecas, como la vejiga o el estómago. Finalmente, el último escollo sería conseguir estructuras sólidas que reprodujesen órganos integrados por células diferentes y complejas, como el hígado o el corazón.
LAS PRIMERAS APLICACIONES
Los primeros pasos ya han sido dados. En febrero del año pasado, investigadores de la Universidad de Heriot-Watt (Edimburgo) y del Roslin Cellab de Midlothian (Escocia) lograron reproducir células madre embrionarias humanas en una bioimpresora 3D. “La técnica nos permitirá crear modelos más precisos de tejidos humanos que son esenciales para el desarrollo de fármacos in vitro y las pruebas de toxicidad”, afirmó Will Shu, director del proyecto, quien adelantó que a largo plazo “la tecnología se seguirá desarrollando para crear órganos viables para su implantación, lo que evitaría “la necesidad de la donación de órganos, la inmunosupresión y el problema del rechazo del transplante”.
Por su parte, un equipo de médicos e investigadores de la Universidad de Cornell (Nueva York) consiguió crear un pabellón auditivo artificial relleno con gel de colágeno a partir de cartílago de vaca. El trabajo, según explicaron en un artículo que publicaron por el sitio web de la Public Library of Sciencie (PLOS ONE), permitió “desarrollar matrices de colágeno tipo I hidrogel y sus respectivos moldes, que permitieron imitar la anatomía de la oreja externa de un determinado paciente”. De esta forma, se reprodujeron las complejas propiedades biomecánicas del cartílago del pabellón auricular humano, al tiempo que se evitó la morbilidad de las tradicionales reconstrucciones autógenas. “Hemos desarrollado tejidos de componentes para la reconstrucción auricular de un paciente específico, que son altamente fieles y biocompatibles, los cuales imitan en gran medida el pabellón auricular nativo tanto desde el punto de vista biomédico como histológico, incluso luego de transcurrido un lapso de tiempo desde el momento de su implantación”, aseguraban los médicos de Cornell, quienes concluían señalando que de cara al futuro la estrategia que ellos siguieron tendría un “inmenso potencial” y podría ser utilizada en el futuro en forma exitosa en reconstrucciones de este tipo de órganos. “La sustitución del pabellón auricular por bioingeniería ayudará a las personas que hayan perdido parte o la totalidad de su oído externo en un accidente o por cáncer”, aseguró Jason Spector, director del Laboratorio de Medicina y Cirugía Biorregenerativa del Weill Cornell Medical College.
Otro avance en esta materia fue el que realizó un grupo de investigadores de la Universidad de Michigan junto a médicos del hospital infantil Akron, quienes lograron salvar la vida de un bebé de dos meses gracias a una pieza de tráquea biocompatible fabricada por una impresora tridimensional. La criatura sufría una enfermedad conocida como “traquebroncomalacia”, que se caracteriza por una oclusión en la tráquea que hace que el aire no pueda llegar a los pulmones. El material empleado en el diseño del pequeño tubo, que reproducía el segmento de la tráquea lesionado, fue la policrapolactona, un polímero que el cuerpo biodegrada en tres años, tiempo suficiente para que la tráquea del niño pudiera crecer, madurar y mantenerse abierta por sí sola. En un artículo publicado al respecto en The New England Journal of Medicine, los autores del trabajo señalaban que la férula que diseñaron era “similar a la manguera de una aspiradora” y se caracterizaba por su flexión, extensión y expansión. Los especialistas destacan que 21 días después de la operación, se le retiró completamente al niño el ventilador que lo asistía y desde ese momento no ha sufrido ninguna crisis respiratoria. “Este caso –concluían los médicos– demuestra que imágenes en alta resolución, diseños adaptados por computadora e impresoras de biomateriales en tres dimensiones pueden facilitar, todos ellos juntos, la creación de dispositivos para condiciones anatómicas específicas de un determinado paciente”.
ORGANOVO… Y LAS CÉLULAS HEPÁTICAS
La compañía estadounidense Organovo, fundada en 2003 con sede en San Diego (California), ha sido pionera en el desarrollo de tecnología para la impresión de tejidos en tres dimensiones. “La bioimpresión –explica en su página web– es una herramienta única que conjuga la biología con la ingeniería para lograr tejidos en 3D que reproduzcan elementos clave del tejido nativo, incluida la composición celular y la arquitectura espacial”. Actualmente, Organovo está trabajando en conjunto con la compañía Autodesk para desarrollar el primer software 3D para sus bioimpresoras NovoGen MMX y posee un acuerdo estratégico con un importante laboratorio en el marco de su programa Human Preclinical Trials.
El año pasado, en el marco de la Conferencia de Biología Experimental, dio a conocer sus avances en la producción de pequeñas muestras de tejido hepático, que podrían ser utilizadas para probar la eficacia o toxicidad de medicamentos y drogas de uso médico. Este nuevo proceso permite la impresión de tejido hepático en 500 micras (0,5 milímetros) de espesor, es decir unas veinte capas de células superpuestas. Las muestras pueden sobrevivir hasta cinco días, según informó la empresa, y son capaces de producir colesterol y algunas de las enzimas generadas por el hígado natural
Uno de los datos más relevantes de este avance presentado por Organovo fue que logró combinar distintos tipos de células hepáticas: hepatocitos, células estrelladas del hígado y de las paredes de los vasos sanguíneos. Este aspecto es fundamental, ya que a medida que se logre desarrollar órganos más grandes y complejos, será necesario nutrir a todas las células del tejido fabricado, para lo cual es vital la creación de vasos sanguíneos o “vascularización” de los tejidos desarrollados en el laboratorio. Ese será el desafío a vencer para la viabilidad de estos experimentos.
LAS VENTAJAS DE LA BIORREPROGRAFÍA
Una voz autorizada en esta materia es Anthony Atala, director del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine de Winston-Salem (Carolina del Norte). En una presentación en el TED de 2010, dio el ejemplo de las salamandras, un reptil que tiene la capacidad de regenerar sus propios tejidos, y recordó que los huesos humanos se regeneran cada diez años y la piel, cada dos semanas. “El desafío ocurre cuando se produce una herida o una enfermedad, ya que en ese momento la primera reacción del cuerpo es aislarse del resto del organismo”, señaló.
El médico se refirió también a la falta de colaboración de las personas para la donación de órganos y a la incompatibilidad que puede producirse entre el órgano donado y el del beneficiario, cuyo sistema inmunológico suele rechazar ese cuerpo extraño. En ese sentido, recordó que cada 30 segundos fallece en el mundo alguna persona a causa de enfermedades causadas por trasplantes. Un problema adicional, en caso de lograr reproducir células del propio órgano del paciente afectado, son aquellas situaciones en que este está dañado o afectado por una enfermedad. Ante cuestiones como esta, se podría recurrir a un banco de células madres, las cuales pueden extraerse del líquido amniótico sin dañar al bebé que se encuentra en gestación.
Atala sostuvo que un banco de 100.000 muestras de células madre, por ejemplo, tendría suficiente variedad genética como para satisfacer la compatibilidad de casi cualquier paciente. En ese nuevo escenario, en lugar de esperar órganos de terceras personas que tal vez no ofrezcan la compatibilidad perfecta con los del paciente, los cirujanos ordenarían el cultivo de los órganos que necesitasen. “Hay pocas cosas tan devastadoras para un cirujano como saber que tiene que sustituir un tejido y que está haciendo algo que no es lo ideal”, añadió este investigador, quien se preguntó si “no sería estupendo si pudieran reproducir el propio órgano” y evitar estos problemas asociados a los trasplantes.
¿UN ESCENARIO REALISTA?
Gordon Wallace, de la Universidad de Wollongong (Australia), conduce un equipo de investigadores que ha logrado desarrollar tejidos cartilaginosos a partir de células madre para tratar enfermedades como el cáncer, la artritis ósea o lesiones traumáticas. En un trabajo conjunto con el grupo de Damian Myers, del Hospital St. Vincent de Melbourne, el objetivo de estos especialistas es crear tejidos que se puedan autorreparar con el paso de los años. “En unos años, creemos que será posible obtener tejidos vivos como piel, cartílago, arterias y válvulas cardíacas utilizando células y biomateriales”, explicó recientemente Wallace, quien enfatizó que “al utilizar las células del propio paciente se evitan problemas de rechazo por parte de su sistema inmunológico”. Este especialista aventuró que “para 2025 es posible que podamos fabricar órganos completos, funcionales, hechos a la medida de cada paciente”.
Nos encontramos aún en una fase experimental. Las investigaciones que se vienen llevando a cabo en distintas partes del mundo alientan a ser optimistas. La tecnología ha ido avanzando y, de superarse los escollos que aún existen, podríamos estar hablando en un futuro cercano de un avance revolucionario en el campo de la medicina.
