La tienda del cuerpo humano

Dentro de una década, un anciano recibe la triste noticia de que su corazón se está deteriorando rápidamente y que el ventrículo izquierdo, la cámara que exprime la sangre hacia el cuerpo, debe ser reemplazada. Su médico toma una biopsia de las células cardíacas que aún están sanas y envía el tejido a un laboratorio que en realidad es una fábrica de órganos. Allí, los trabajadores utilizan las propias células del paciente y polímeros especiales para crear y cultivar una pieza de repuesto certificada por el fabricante original. En tres meses, el nuevo ventrículo se congela, empaqueta y envía al hospital, donde el paciente se somete a un procedimiento quirúrgico estándar: la inserción de un implante vivo creado a partir de su propio tejido. La cirugía le salva la vida.



No hace mucho tiempo, la noción de diseñar y desarrollar partes vivas de reemplazo del cuerpo, un proceso ahora conocido como ingeniería de tejidos, parecía pura fantasía. Pero los investigadores en biotecnología confían en que llegará el día en que escenarios como el anterior serán reales y cotidianos, gracias a los avances de la última década en biomateriales compatibles con células vivas y el cultivo de nuevos tejidos, y hasta ahora. mejor comprensión de cómo se comportan realmente las células. ¿La única pregunta es cuándo? Algunos predicen que dentro de 20 años, posiblemente antes, estarán disponibles fácilmente ventrículos, vejigas y similares de reemplazo. Sin embargo, para órganos complejos como los pulmones, podría llevar hasta mediados de siglo.

Una carrera en órganos





Para los pacientes enfermos, los avances en órganos creados por ingeniería de tejidos no pueden llegar lo suficientemente pronto. La escasez de órganos de donantes es infame. En 1999 (el año más reciente del que se dispone de datos completos) había más de 72.000 personas en Estados Unidos solamente en listas de espera para trasplantes, según estadísticas de United Network for Organ Sharing. A finales de año, más de 6.100 personas habían muerto esperando.

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Docenas de grupos de la industria y el mundo académico esperan prevenir esas muertes, trabajando en técnicas para crear nuevos órganos a partir de células de embriones, cadáveres o pacientes, combinados con biomateriales especiales. La mayor parte del trabajo actual en el ámbito comercial se centra en tejidos, válvulas y otros componentes de los órganos ( ver Ingeniería de tejidos en la industria a continuación ). Ya hay un puñado de productos de ingeniería de tejidos en el mercado (implantes y parches de piel, huesos y cartílagos), los primeros éxitos en un campo joven.

Michael Ehrenreich, presidente de Techvest, una compañía de inversiones con sede en Nueva York que sigue de cerca el sector biotecnológico, siente que tales logros son solo una indicación de lo que está por venir, y es contundente acerca de dónde está ahora la ingeniería de tejidos. Piel. Vaya cosa. Es una prueba de concepto, dice Ehrenreich. Al final del día, muchos de nosotros moriremos por algún tipo de falla orgánica. Eso es lo que va a impulsar este mercado. Y nadie ha abordado todavía un órgano vascularizado.



Ehrenreich ha abordado uno de los problemas más irritantes que enfrentan los ingenieros de tejidos: la mayoría de los órganos necesitan su propia vasculatura, o red de vasos sanguíneos, para obtener los nutrientes que necesitan para sobrevivir y realizar las funciones previstas. Entonces, antes de que los investigadores puedan construir un órgano de tamaño completo, como un hígado, por ejemplo, o un conjunto de pulmones, deben aprender a fabricar vasos sanguíneos.

Ingeniería de tejidos en la industria

Líneas de sangre



Un progreso importante en ese frente se produjo hace dos años, cuando los ingenieros biomédicos del MIT, Robert Langer y Laura Niklason (ahora en el Centro Médico de la Universidad de Duke) desarrollaron vasos sanguíneos completos a partir de unas pocas células recolectadas de cerdos. Niklason, quien dirigió el esfuerzo e hizo gran parte del trabajo durante un período en el laboratorio de Langer, comenzó tomando pequeñas biopsias de las arterias carótidas de cerdos en miniatura de seis meses. Aisló células de músculo liso de cada muestra de tejido y usó esas células para sembrar la superficie exterior de un andamio tubular construido con un polímero biodegradable utilizado en suturas. A continuación, Niklason cultivó cada nuevo recipiente en su propia cámara de crecimiento especial llamada biorreactor. Los biorreactores son estándar en la ingeniería de tejidos, pero en este caso hubo un giro.

Como explica Langer, lo que hicimos fue instalar estas pequeñas bombas que laten como un corazón y las conectamos a los vasos sanguíneos artificiales. Los investigadores encontraron que la pulsación alentó a las células musculares a migrar hacia adentro, envolviendo fragmentos microscópicos del polímero y, en última instancia, fortaleció mucho los vasos sanguíneos. Después de hacer crecer los vasos en el entorno pulsante durante varias semanas, agregaron células endoteliales, las células delgadas y planas que recubren el interior de muchos tejidos, incluidos los vasos sanguíneos, a sus superficies internas y las cultivaron durante unos días más.

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Ese único cambio lo cambió todo por completo, dice Langer. De hecho, pudimos hacer vasos sanguíneos que parecían vasos reales. También funcionaban como vasos sanguíneos reales, permaneciendo abiertos y sin coágulos durante varias semanas cuando los investigadores los injertaron en arterias grandes en las piernas de los cerdos. La clave para que esto funcione fue imitar lo que hacía el cuerpo al hacer crecer los vasos en un entorno que pulsaba como lo hace un sistema circulatorio real, dice Langer.

Vejigas de beagle y corazones humanos

Incluso sin la tecnología para construir extensos sistemas vasculares, un órgano de ingeniería tisular ha llegado casi hasta los ensayos en humanos: la vejiga. Anthony Atala, urólogo y director de ingeniería de tejidos del Children's Hospital de Boston, decidió intentar construir una vejiga en parte porque, para empezar, parecía el órgano más fácil. En un trabajo histórico realizado a fines de la década de 1990, el equipo de Atala construyó nuevas vejigas para seis beagles. Los investigadores comenzaron tomando una biopsia de un centímetro cuadrado de la vejiga natural de cada perro, aislando las células del revestimiento y las células musculares de la biopsia y cultivando cada tipo de célula por separado.

Después de un mes, el equipo de Atala había cultivado suficientes células (300 millones de cada tipo) para construir una vejiga artificial. Utilizaron las células musculares para revestir el exterior de un andamio de polímero en forma de vejiga y las células de revestimiento para cubrir el interior. Los investigadores implantaron cada nueva vejiga en un perro después de extraer la propia vejiga del perro. Los investigadores descubrieron que los vasos sanguíneos del tejido circundante no solo crecían en la vejiga diseñada por tejido y mantenían sus tejidos sanos, sino que los perros también tenían casi tanta capacidad de vejiga como los perros con equipo original.

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El trabajo inicial fue tan bien que Atala y Curis, con sede en Cambridge, Massachusetts, esperan comenzar las primeras pruebas de la nueva vejiga en humanos en algún momento de este año. Aún así, Atala es realista sobre lo que ya ha logrado. Por un lado, todavía no ha respondido a la pregunta de cuánto durará una vejiga de bioingeniería. Con la vejiga, pasarán varios años hasta que sepamos cuáles serán los resultados a largo plazo, explica. Ciertamente tenemos una buena historia con la piel. Veinte años después sabemos que está bien. Con cartílago en la rodilla, tenemos una historia de cuatro o cinco años desde el momento en que se colocó por primera vez en los pacientes. Pero con la vejiga, dice Atala, simplemente no lo sabemos.

Mientras tanto, el laboratorio de Atala ha comenzado a abordar el riñón y ya ha construido pequeñas unidades parecidas a riñones capaces de producir orina. Aún así, dado que el riñón es una estructura muy compleja que incluye hasta 20 tipos diferentes de células, los investigadores tienen que superar muchos obstáculos técnicos antes de fabricar órganos de tamaño completo para las casi 48.000 personas que esperan en las listas de trasplantes de riñón solo en los Estados Unidos. .

La ingeniería de tejidos de un corazón también será una tarea formidable, pero hay un par de razones para creer que se darán pasos concretos en esa dirección en un futuro no muy lejano. Por un lado, el corazón comprende menos de 10 tipos de células diferentes. Quizás aún más importante, hay dos grandes consorcios de investigación dirigidos al órgano. Una es la iniciativa LIFE (para implantes vivos de ingeniería), iniciada en 1998 y coordinada por Michael Sefton de la Universidad de Toronto, con la ayuda de un comité directivo que incluye a Vacanti del Hospital General de Massachusetts y Langer del MIT. La iniciativa ha reunido a 60 investigadores académicos y gubernamentales de América del Norte, Europa y Japón para trabajar en la bomba crítica del cuerpo. Dice Sefton: Si podemos resolver el corazón, los otros órganos lo seguirán.

Sefton admite fácilmente que un proyecto tan enorme como construir el corazón es, a primera vista, ridículo. Aún así, cree que al dividir el trabajo en tareas componentes -aislar las células del músculo cardíaco humano, por ejemplo, o construir andamios flexibles para soportar esas células- un consorcio de investigadores podrá hacerlo realidad.

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Ese modelo también se está probando, dice Sefton, en una colaboración entre la universidad y la industria dirigida por la Universidad de Washington. Financiado por una subvención de $ 10 millones de los Institutos Nacionales de Salud e incluyendo a más de 40 investigadores, el proyecto de la Universidad de Washington ha dividido su empresa en una serie de objetivos. El primero es generar un parche de ingeniería de tejidos que se pueda injertar en un corazón dañado. A más largo plazo, los investigadores esperan construir ventrículos izquierdos implantables, un objetivo que Sefton ve como un mini-disparo a la luna que podría lograrse dentro de la década. Pero un corazón completamente funcional diseñado por bioingeniería, dice Sefton, probablemente costará miles de millones de dólares, y ni la iniciativa LIFE ni la de la Universidad de Washington han recaudado esa cantidad de dinero todavía.

Directamente de la Fábrica

En última instancia, cualquier método para construir nuevos órganos humanos deberá obtener la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Y eso significa que los fabricantes de órganos necesitarán un proceso de fabricación estandarizado y reproducible, dice la bioingeniera del MIT Linda Griffith. Para lograr ese objetivo, Griffith y sus colegas han recurrido a un dispositivo inventado por el ingeniero del MIT Emanuel Sachs y utilizado para la creación rápida de prototipos y la fabricación de una variedad de piezas y herramientas: una impresora de polvo tridimensional o máquina 3DP.

La máquina crea formas complejas capa por capa, basándose en un archivo de computadora capaz de representar el objeto como una serie de cortes horizontales. Un rodillo empuja una fina capa de polvo a través de una placa de base plana que descansa sobre un pistón. A continuación, un cabezal de impresora de inyección de tinta distribuye un pegamento, o aglutinante, para solidificar el polvo solo donde el plano de esa rebanada requiere material sólido. Luego, el pistón hace que la placa descienda por el grosor de la capa y el proceso comienza de nuevo. Cuando se han impreso todas las capas, el nuevo objeto se puede quitar de la máquina y el exceso de polvo se cae.

Al adaptar la impresora para usar polvos de polímero, múltiples cabezales de impresión y carpetas especiales, Griffith y sus colaboradores crearon una herramienta capaz de producir andamios de polímero en masa para nuevos tejidos y órganos. La impresora no solo permite a los investigadores controlar la forma de un andamio con gran precisión, sino que también les permite incorporar modificaciones químicas en la superficie de la estructura que ayudan a indicar a los diferentes tipos de células exactamente dónde y cómo deben crecer.

Es precisamente ese tipo de control fino el que puede ayudar a los ingenieros de tejidos a conquistar incluso los órganos más complicados. De hecho, Griffith está ahora, junto con Vacanti y Therics con sede en Princeton, Nueva Jersey, trabajando en formas de fabricar hígados y otros órganos con impresión tridimensional. Griffith ya sabe mucho sobre el crecimiento de tejido hepático; trabajó en los detalles mientras dirigía un esfuerzo para desarrollar un detector de armas biológicas basado en células hepáticas para la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. La esperanza es que el conocimiento científico, combinado con la tecnología de impresión tridimensional, haga posible la construcción de un hígado para la implantación.

Si todo sale bien como Griffith, Vacanti y sus colegas esperan, las máquinas de fabricación algún día podrían zumbar en las fábricas de órganos certificadas por la FDA. Es demasiado pronto para saber si esas fábricas producirán órganos enteros en el lugar, o si en su lugar producirán y enviarán estructuras de andamio elaboradas en las que los médicos cultivarán las propias células de los pacientes, justo en el hospital. Pero cualquiera de los enfoques, si tiene éxito, promete una cosa: el fin de las listas de espera para trasplantes.

Compañía Ubicación Productos
En la tuberia
Ciencias avanzadas de tejidos La Jolla, CA

Piel (TransCyte, Dermagraft); cartílago, ligamentos y tendones; vasos sanguíneos y válvulas cardíacas

Biocirugía Genzyme Cambridge, MA Células de cartílago (Carticel); injerto de cartílago (Carticel II)
CryoLife Kennesaw, GA Válvulas cardíacas y vasos sanguíneos; ligamentos
Te importa Cambridge, MA Gel de cartílago para prevenir el reflujo urinario (Chondrogel); vejiga
LifeCell Branchburg, Nueva Jersey Piel (AlloDerm); vasos sanguineos; ligamentos y tendones
Organogénesis Canton, MA Piel (Apligraf, Vitrix); vasos sanguineos
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