Tejidos humanos fabricados en el laboratorio

Confeccionar en el laboratorio órganos y tejidos humanos que funcionan de forma idéntica los originales no es una fantasía propia del creador de Frankenstein. Sin ir más lejos, un músculo contráctil artificial y unas cuerdas vocales humanas fabricadas por bioingenieros íntegramente en el laboratorio fueron seleccionados entre los diez grandes hitos científicos de 2015. Aunque las primeras aplicaciones clínicas tardarán unos años en hacerse realidad, los científicos ya tienen a punto la tecnología necesaria para desarrollar tejidos sanos de repuesto con los que reparar prácticamente cualquier órgano enfermo del cuerpo. Repasamos los logros más recientes de la nueva medicina regenerativa…

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Tejidos de estómago. Foto: Kyle McCracken

Estómago

Un puñado de células madres humanas sirvió a investigadores del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati (EE UU) para crear en 2014 una versión en miniatura de un estómago. “Hemos descubierto cómo impulsar la formación de tejido gástrico tridimensional con una composición y estructura celular complejas”, se enorgullecía Jim Wells, experto en Biología del Desarrollo y Endocrinología y coautor del estudio. La clave: conseguir replicar en placas de Petri los pasos exactos de la formación del estómago durante el desarrollo embrionario, que ha utilizado a modo de libro de instrucciones.

Esta “tripa de laboratorio” no solo podría replicarse en un futuro a tamaño real y ser trasplantada, por ejemplo, a enfermos de cáncer gástrico. Además, los mini-estómagos fabricados por estos bioingenieros son idóneos para investigar a fondo y en directo cómo evoluciona la infección por la bacteria causante de la úlcera péptica, Helicobacter pylori, o para analizar cómo afecta al funcionamiento de este órgano la obesidad, entre otras posibles aplicaciones.

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Cuerdas vocales. Foto : ENT department, Medical College of Georgia

Cuerdas vocales

En noviembre de 2015, científicos de la Universidad Wisconsin-Madison (EE UU) anunciaron un gran logro: habían fabricado en el laboratorio tejido de cuerdas vocales humanas que podría devolver la voz a los millones de personas con esta parte de su cuerpo dañada como consecuencia del cáncer o de otras patologías. Y no ha sido tarea fácil. “Nuestras cuerdas vocales están hechas de un tejido especial que debe ser, por un lado, lo bastante flexible para vibrar al paso del aire y, por otro, lo bastante fuerte para soportar sin romperse cientos de oscilaciones por segundo”, explica Nathan Welham, coautor del trabajo. “Un sistema sofisticado y difícil de replicar”, admite. Welham y su equipo aislaron las células de las cuerdas vocales de un cadáver y las hicieron crecer sobre un armazón de colágeno en 3D. En dos semanas, las células formaron una estructura de cuerda vocal que vibraba de manera idéntica a la original.

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Tejido vaginal. Foto: Wake Forest Baptist Medical Center

Ovarios y vagina

Los problemas hormonales que sufren las mujeres a las que se ha extirpado un ovario, afectadas por el cáncer o que comienzan la menopausia podrían ser cosa del pasado gracias a los ovarios creados mediante ingeniería artificial en el Instituto de Medicina regenerativa del Centro Médico Wake Forest. “Es mejor un ovario bioartificial que libere hormonas sexuales como el estrógeno y la progesterona de forma natural que suministrar este tipo de hormonas artificialmente”, explicaba Emmanuel C. Opara, responsable de la investigación.

En las instalaciones de este mismo Instituto, el experto Anthony Atala y su equipo trasplantaron por primera vez a cuatro adolescentes tejido vaginal construido en el laboratorio a partir de sus propias células, extraídas previamente en una biopsia. Las células se hicieron crecer en un material biodegradable con forma de vagina hecho a medida de cada paciente, que los cirujanos implantaron tras 6 semanas creciendo en placas de Petri. Una vez implantadas, empezaron a formarse alrededor del tejido, y de forma espontánea, nuevos nervios y vasos sanguíneos, y el nuevo órgano se integró con el resto de órganos reproductores.

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Fibras musculares. Foto: Nenad Bursac, Duke University

Músculo

¿Sería posible fabricar, entre pipetas y placas de Petri, un músculo que se contrajera y respondiera a los impulsos eléctricos como el tejido de tus bíceps y tríceps? Científicos de la Universidad de Duke (EE UU) han demostrado que sí. El proceso que emplearon consistió en coger un puñado de células humanas que ya no eran células madre pero que tampoco se habían convertido en músculos (precursores miogénicos), hacerlas crecer hasta multiplicarlas por mil y colocarlas sobre una guía llena de gel que les permitía alinearse y funcionar como fibras musculares. De momento, este músculo de laboratorio se usará para probar nuevos fármacos y observar cómo reaccionaría el músculo humano en directo. Y los investigadores apuestan porque sea la base de nuevos tratamientos personalizados, desarrollados a partir de “una biopsia de cada paciente con enfermedades musculares, haciendo crecer nuevos músculos en el laboratorio y experimentando hasta dar con el medicamento que mejor le va a cada persona”.

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Vasos sanguíneos. Foto: Brigham and Women’s Hospital

Vasos sanguíneos

No hay órgano sano sin una buena irrigación. De ahí que fabricar vasos sanguíneos de calidad en el laboratorio se haya convertido uno de los caballos de batalla de la medicina regenerativa. Científicos de la Universidad de Rice dieron en 2011 un paso decisivo con ayuda de polietileno glicol, un plástico no tóxico que puede imitar la matriz extracelular corporal, es decir, la red de proteínas y azúcares que da soporte a la mayoría de tejidos. Combinándolo con dos tipos de células necesarias para la formación de vasos, consiguieron formar redes de finos capilares. Y el año pasado en la Universidad Politécnica de Viena desarrollaron otra alternativa al fabricar vasos sanguíneos sintéticos a partir de polímeros líquidos, biodegradables y porosos que, una vez implantados, son reemplazados por tejido del propio cuerpo, dando como resultado un vaso sanguíneo natural, sano y plenamente activo.

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Foto: Thomas Matthiesen, University of Minnesota

Corazón

El mérito de crear en un laboratorio el primer corazón artificial capaz de latir le corresponde al Centro de Reparación Cardiovascular de la Universidad de Minnesota (EE UU). En 2008, sus investigadores usaron un proceso llamado de celularización para fabricar un tejido cardíaco funcional a partir de corazones de cadáveres de roedores y cerdos para “resembrarlos” con células vivas. Cuatro días después de incorporar las células, ya se observaban contracciones en algunas zonas. Y transcurridos ocho días más los corazones estaban latiendo.

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Foto de Universidad de Tufts

Neuronas

Estudiar cómo funciona la compleja red de conexiones de las neuronas de nuestra sesera será más fácil gracias al modelo tridimensional de córtex cerebral creado hace dos años por la Universidad de Tufts (EE UU) imitando la corteza cerebral de una rata. Aunque no se trata de un cerebro completo, la réplica artificial está bastante conseguida, ya que contiene materia gris (los cuerpos celulares de las neuronas) y materia blanca (los axones de las neuronas). Las neuronas, en este caso de rata, se disponen en anillos concéntricos simulando la formación de capas en el cerebro. El modelo 3D, que puede sobrevivir más de dos meses, será útil para estudiar en vivo el funcionamiento del cerebro, así como los efectos de los fármacos sobre las neuronas y las enfermedades que les afectan, según adelantaban los autores en la prestigiosa revista PNAS.

Autora : Elena Sanz

 

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