La bioimpresión 3D de tejidos y órganos nos acerca al futuro de la medicina regenerativa.

En ocasiones se producen avances científicos extraordinarios que nos permiten contemplar una realidad que pocos años atrás solo imaginábamos como parte de ese futuro increíble que describen las novelas de ciencia ficción.  A veces los conocimientos acumulados en ramas de la ciencia aparentemente lejanas convergen, dando lugar a verdaderas maravillas científicas.  Eso está ocurriendo hoy día. La bioimpresión 3D comienza a convertirse en realidad gracias al esfuerzo de ingenieros, expertos en ciencias de materiales, físicos, biólogos moleculares, expertos en células madre y médicos. Juntos, están haciendo posible lo que hace poco era solo un sueño: generar en el laboratorio tejidos y órganos funcionales que posteriormente puedan ser trasplantados en pacientes.

El concepto en principio puede parecer sencillo.  Adaptar las técnicas de estereolitografía o impresión 3D para depositar una solución con células vivas en distintas capas y generar una estructura tridimensional funcional capaz de suplir la función de algún órgano o tejido dañado. Evidentemente no es tan fácil y los investigadores se enfrentan a múltiples retos.

Los primeros éxitos consistieron en la reproducción de estructuras sencillas como piel o cartílago, mediante el cual fueron capaces de crear, por ejemplo, una prótesis con forma de oreja.

El siguiente paso consistió en el desarrollo de estructuras tubulares como vasos sanguíneos.  Poco a poco fué posible generar órganos cada vez más complejos como una vejiga  (transplantada con éxito en EE.UU en 2001) o la reproducción de una válvula aórtica. Y ya se encuentran dando los primeros pasos para ser capaces de crear en los laboratorios órganos mucho más grandes y complejos como pueden ser el riñón o el hígado.

Piel, cartílago y válvula aórtica generadas mediante técnicas de bioimpresión 3D. (Imagen modificada de Murphy & Atala, Nature Biotechnology, 2014)
Piel, cartílago y válvula aórtica generadas mediante técnicas de bioimpresión 3D. (Imagen modificada de Murphy & Atala, Nature Biotechnology, 2014)

Algunos de estos logros los podéis contemplar en el siguiente vídeo, que recoge una charla ofrecida por uno de los principales referentes a nivel mundial en el campo de la bioimpresión 3D y sus aplicaciones en medicina regenerativa, el doctor Anthony Atala, en el marco de las TED Conferences. (Es un poco larga, 17 minutos, pero merece la pena).

Como decía antes, la generación de un órgano funcional en un laboratorio es un proceso muy complejo. A continuación os resumo alguno de los problemas a los que se enfrentan los científicos y como intentan solucionarlos.

Biomimética  y  la importancia del soporte.

Los órganos son estructuras complejas formadas por poblaciones heterogéneas de células, con localizaciones y funciones específicas, que necesitamos “copiar” para reproducirlos en un laboratorio.  Para ello, los investigadores usan la biomimética. Con ayuda de avanzadas técnicas de imagen como la tomografía computerizada o la resonancia magnética nuclear son capaces obtener modelos digitalizados de cualquier órgano, lo que unido a la investigación de los diferentes tipos celulares, su localización y su función permitirán en el futuro llegar a producir órganos funcionales en el laboratorio.

Además  hay que tener en cuenta que en la mayoría de los tejidos y órganos las células se presentan unidas a una estructura que les sirve de soporte y que se denomina matriz extracelular. Para simular este “andamiaje celular” los investigadores utilizan polímeros sintéticos, polímeros naturales de origen biológico o incluso órganos “descelularizados”. La “descelularización” consiste en eliminar todas las células de un órgano (por ejemplo un hígado), preservando los componentes de la matriz extracelular y los vasos sanguíneos para, posteriormente, repoblar la estructura con células del paciente que va a recibir el trasplante.

Higado descelularizado (Imagen tomada de Murphy & Atala, Nature Biotechnology, 2014)
Higado descelularizado (Imagen tomada de Murphy & Atala, Nature Biotechnology, 2014), órganos “descelularizados”.

  ¿Cómo obtenemos las células para formar el nuevo órgano?

Para crear un órgano en un laboratorio es necesario producir las células necesarias en número suficiente, en ocasiones diferentes tipos celulares con diferentes funciones.  Una posibilidad es usar células diferenciadas como los hepatocitos (hígado) o células de musculo liso (capa externa de la vejiga, por ejemplo). El problema de las células diferenciadas es que presentan una capacidad limitada de dividirse y proliferar, lo que supone un problema cuando se trata de generar órganos grandes. En este sentido, el conocimiento de la biología de las células madre o stem cells ha supuesto un gran avance. Las células madre embrionarias son células indiferenciadas, pluripotentes (capaces de dar lugar a cualquier célula del organismo) y altamente proliferativas.  A pesar del gran potencial que poseen desde el punto de vista de la regeneración de cualquier tejido, su uso no está exento de complicaciones. Los mecanismos que permiten a las células diferenciarse son complejos y difíciles de reproducir in vitro y su alta capacidad proliferativa supone un riesgo potencial ante la posibilidad de que puedan generar tumores.   Otra posibilidad son las denominadas células madre adultas específicas de tejido. Se trata de poblaciones de células multipotentes, existentes en tejidos como la médula ósea, el intestino, la piel, etc., capaces de diferenciarse y dar lugar a los diferentes tipos celulares que componen el tejido en el que se alojan.  Estas células son menos proliferativas, y por tanto más seguras, y permiten la realización de trasplantes autólogos en los que el tejido o el órgano necesario se obtendría a partir de las células madre adultas del propio paciente, con lo que se evitarían los problemas asociados al rechazo del órgano trasplantado.

El problema de la vascularización.

Para asegurar la viabilidad a largo plazo de cualquier órgano o tejido es necesario un sistema vascular que asegure el aporte de oxígeno y nutrientes a las células. Usando técnicas de bioimpresión 3D los investigadores han sido capaces de generar estructuras vasculares ramificadas, que permitirán generar órganos plenamente funcionales.

Los “miniórganos” y el interés de la industria farmaceútica.

Además de su aplicación como fuente de órganos y tejidos  para trasplantes, la bioimpresión 3D también despierta un gran interés entre la industria farmaceútica.  La idea, desarrollada por empresas como Organovo, se basa en que los estudios preclínicos actuales se llevan a cabo en animales o en células humanas en cultivo que no reflejan la estructura y la complejidad real de los órganos. Su objetivo es el desarrollo de miniórganos”, en este caso a partir de células hepáticas, que sirvan como base para estudios pre-clínicos de nuevas drogas y tratamientos.

 

Share Button

Publicar un comentario

Puede usar las siguientes etiquetas de HTML:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>