Cómo la ingeniería de tejidos crea nuevos órganos desde cero

La crisis de la escasez de órganos

Más de 100.000 personas solo en Estados Unidos están en listas de espera de trasplantes de órganos, y miles mueren cada año antes de que llegue un donante compatible. La ingeniería de tejidos, una disciplina que fusiona biología, medicina e ingeniería, tiene como objetivo resolver esa crisis cultivando órganos funcionales en el laboratorio a partir de las propias células del paciente.

El campo obtuvo su primer éxito histórico cuando el cirujano Anthony Atala en el Wake Forest Institute for Regenerative Medicine implantó una vejiga cultivada en laboratorio a un paciente en 1999. Desde entonces, los investigadores han diseñado piel, vasos sanguíneos, tráqueas, músculos y, más recientemente, un esófago funcional.

Cómo funciona: células, andamios y biorreactores

La construcción de un órgano en el laboratorio sigue tres pasos generales.

1. Recolección y expansión de células

Los científicos comienzan con una pequeña biopsia de tejido, a veces no más grande que un sello de correos. A partir de ella, aíslan los tipos de células relevantes y las cultivan en medios ricos en nutrientes. Según investigadores de Wake Forest, una sola capa de células podría cubrir teóricamente un campo de fútbol en aproximadamente seis semanas de crecimiento. Cuando las propias células de un paciente no se pueden multiplicar fácilmente, las células madre, capaces de madurar en muchos tipos de tejidos, sirven como alternativa.

2. Construcción del andamio

Las células necesitan un marco tridimensional para organizarse en un órgano funcional. Los ingenieros crean este marco, llamado andamio, de una de dos maneras:

• Descelularización: un órgano donante se lava con detergentes y enzimas que eliminan todas las células vivas, dejando atrás la matriz extracelular (MEC), un esqueleto proteico fantasmal que conserva la forma original del órgano y las señales bioquímicas.
• Andamios sintéticos o bioimpresos: los polímeros biodegradables o los hidrogeles se moldean o se imprimen en 3D en la forma deseada, a veces con canales incrustados que imitan los vasos sanguíneos.

Luego, el andamio se siembra con las células expandidas del paciente en un proceso llamado recelularización.

3. Maduración en un biorreactor

El andamio sembrado se coloca dentro de un biorreactor, una cámara que imita las condiciones del cuerpo, proporcionando temperatura, flujo de oxígeno y estrés mecánico. Durante días o semanas, las células se multiplican, se diferencian y se entrelazan en tejido funcional. Solo entonces el órgano diseñado está listo para el trasplante.

Lo que ya se ha trasplantado

La ingeniería de tejidos sigue una escala de complejidad aproximada. Los tejidos planos como la piel fueron los más fáciles de dominar y han sido una práctica clínica estándar durante décadas. Los órganos tubulares fueron los siguientes: el equipo de Atala implantó vejigas cultivadas en laboratorio en siete pacientes jóvenes, y los seguimientos que superaron los siete años mostraron una mejora sostenida, informó Wake Forest. Un equipo dirigido por Martin Birchall trasplantó una tráquea derivada de células madre a un adulto, y luego a un niño, lo que marcó el primer trasplante pediátrico de un órgano de ingeniería de tejidos.

En el último hito, científicos del Great Ormond Street Hospital y el University College London crearon un injerto esofágico de 2,5 centímetros, lo sembraron con las propias células del receptor y lo implantaron en cerdos. En tres meses, el injerto se integró por completo; a los seis meses había desarrollado músculos, nervios y vasos sanguíneos funcionales capaces de impulsar los alimentos hacia el estómago.

El desafío de los órganos sólidos

Los corazones, hígados, riñones y páncreas siguen siendo el "Santo Grial" del campo. Estos órganos sólidos exigen densas redes de vasos sanguíneos para suministrar oxígeno en lo profundo del tejido, un problema llamado vascularización que ningún equipo ha resuelto por completo a escala de trasplante. Los investigadores de Wake Forest han construido un riñón en miniatura que puede secretar orina, y varios grupos han demostrado tejido cardíaco latiendo en el laboratorio, pero la ampliación de estos prototipos al tamaño clínico sigue estando a años de distancia.

Por qué es importante

Debido a que los órganos diseñados utilizan las propias células de un paciente, evitan los dos mayores problemas del trasplante convencional: la escasez de donantes y el rechazo inmunitario. Los pacientes ya no necesitarían medicamentos inmunosupresores de por vida. A medida que la bioimpresión 3D mejora la resolución y los diseños de los biorreactores se vuelven más sofisticados, el campo avanza constantemente desde tejidos simples hacia los órganos complejos que algún día podrían eliminar por completo las listas de espera de trasplantes.