Latidos de innovación

Corazones bioartificiales, ingeniería de tejidos con células madre e impresoras 3D, inteligencia artificial y secuenciación genética prometen desvelar los misterios del corazón para poder tratar con mayor eficacia sus enfermedades.

corazón artificial
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La pasión que Leonardo da Vinci sentía por las máquinas y que le llevó a diseñar dispositivos que serían realidad muchos siglos después, como un parapente, una escafandra o un helicóptero, se traducía también en su admiración por la máquina más perfecta: el cuerpo humano. El artista plasmó en sus bocetos representaciones muy precisas de diferentes partes del organismo, entre ellas de uno de los órganos más importantes para la vida: el corazón.

 

“Leonardo ha sido reconocido durante mucho tiempo como uno de los grandes artistas del Renacimiento, pero también fue un pionero en la comprensión de la anatomía humana. Como ingeniero y artista quería saber no solo cómo se construía el cuerpo, sino también cómo funcionaba”, dice Declan O’Regan, director del grupo de imágenes cardíacas computacionales del MRC Instituto de Ciencias Médicas de Londres (Reino Unido) en el Imperial College. En los inicios del siglo XVI, Da Vinci dibujó por primera vez la intrincada red de fibras musculares del corazón, llamadas trabéculas, que forman patrones geométricos en la superficie interna de este órgano. Ya entonces, el genio especuló con que esta red de fibras sirviera para calentar la sangre a medida que fluía por el corazón, pero no tenía forma de comprobarlo.

Hoy, un equipo de científicos entre los que figura O’Regan está más cerca de averiguarlo. “Solo ahora, con técnicas modernas de imágenes, simulaciones por ordenador y genética podemos comenzar a responder esas preguntas”, afirma el cardiólogo, cuya investigación, publicada en la revista Nature, ha contado con la inteligencia artificial para procesar 25 000 imágenes de resonancia magnética del corazón, a las que se sumaron los datos genéticos asociados. Con toda esta información, los autores han concluido que la superficie rugosa de los ventrículos del corazón –sus cavidades inferiores– permite que la sangre fluya más eficientemente en cada latido. También han averiguado que hay seis regiones en el ADN humano que afectarían al desarrollo de los patrones fractales en las trabéculas.

Otra de las conclusiones del estudio es que la forma de estas fibras musculares influye en el funcionamiento del corazón, lo que podría estar relacionado con la enfermedad cardíaca. Para confirmarlo, los científicos analizaron datos genéticos de 50 000 pacientes y encontraron que diferentes patrones fractales en esta red tenían que ver con el riesgo de desarrollar insuficiencia cardíaca –que ocurre cuando el corazón no bombea la sangre como debería–. “Aún necesitamos entender cómo la sangre que fluye alrededor del corazón interactúa con estos hilos musculares. Esto nos ayudará a identificar a los pacientes con mayor riesgo de desarrollar complicaciones de enfermedades cardíacas”, dice O’Regan.

El cardiólogo recuerda que esta es solo una de las muchas preguntas que seguimos sin responder sobre este poderoso órgano. Para resolverlas, los científicos se están ayudando de técnicas como la inteligencia artificial, o de imágenes muy precisas como la resonancia magnética, que les permiten hacer fácilmente una disección del corazón humano en 3D que ni Leonardo hubiera imaginado.

Entre estos avances figura también el corazón bioartificial, que, a día de hoy, sigue siendo una utopía. “Pese a ser un campo con ciertos años de recorrido, todavía necesita de más investigación para llegar a ser una realidad, de la que no me cabe duda que veremos en un futuro”, mantiene Carolina Gálvez-Montón, directora adjunta del grupo de investigación ICREC, que pertenece al Instituto del Corazón del Hospital Universitario Germans Trias i Pujol (Barcelona). Los estudios se están realizando in vitro y con modelos animales, y consisten en tratar a este órgano como si fuera nuevo, quitándole todas las células animales pero conservando sus estructuras para repoblarlas con un nuevo tejido muscular y vascular compatible con el del ser humano. Este corazón sería el que se trasplantaría a la persona que lo necesitara y evitaría tener que depender de los órganos humanos donados. Para llegar a este objetivo, los científicos trabajan desde varios frentes: las células madre –con el potencial de generar nuevos tejidos–, las impresiones 3D –que cada vez se usan más para generar miniórganos– y la simulación por ordenador –para analizar las contracciones y relajaciones del tejido cardíaco de este nuevo órgano–.

En España, Antoni Bayés-Genís, director del Instituto del Corazón y del grupo ICREC, es uno de los referentes. “El laboratorio de investigación ICREC lleva más de una década investigando el corazón artificial y consiguió hace dos o tres años un modelo viable para la transferencia a humanos”, destaca. En concreto, lo que han desarrollado es un estructura 3D de dieciséis centímetros cuadrados que está formada por pericardio –la membrana que rodea al corazón– descelularizado rellenado posteriormente con un tipo de células madre –las MSC, derivadas del cordón umbilical–. Los científicos han iniciado un ensayo clínico en fase 1 que contará con doce pacientes. “En uno o dos años, podremos confirmar su seguridad y avanzar a ensayos clínicos de mayor tamaño para valorar su eficacia —señala Bayés-Genís—. El reto de la ingeniería tisular cardíaca es enorme, pero también son inmensas las posibilidades que ofrece para mejorar la calidad y cantidad de vida de nuestros pacientes”, añade el cardiólogo.

 

Tejido artificial y organoides

A la espera de que llegue esta revolución biosanitaria, en paralelo, los científicos están desarrollando nuevas plataformas para crear tejido cardíaco artificial viable y, también, organoides cardíacos que imiten sus funciones y permitan probar nuevos fármacos para diferentes patologías relacionadas con el corazón. Esto, según Gálvez-Montón, evitaría el uso de animales en los ensayos preclínicos.

En cuanto a la bioingeniería para crear tejidos, Jane E. Freedman, directora de investigación cardiovascular del UMass Memorial Heart & Vascular Center (Estados Unidos), confirma que se están desarrollando modelos en pruebas, “pero todavía no hemos llegado al punto en el que estemos usando clínicamente vasos sanguíneos o válvulas de bioingenería, aunque la investigación continúa”.

La cirugía mínimamente invasiva también ha supuesto un antes y un después para los pacientes con problemas cardíacos. Como su propio nombre indica, estas operaciones se caracterizan por las pequeñas incisiones que el cirujano hace en los tejidos en cuestión, en lugar de tener que abrirle el pecho del paciente. A diferencia de las cirugías tradicionales, la recuperación es más rápida y permite un mayor número de intervenciones en personas muy mayores, como octogenarios o incluso nonagenarios.

“Con las técnicas miniinvasivas y las terapias transcatéter se pueden ofrecer procedimientos menos agresivos para el paciente de avanzada edad con muy buenos resultados”, comenta Jorge Rodríguez-Roda, jefe de Servicio de Cirugía Cardíaca de Adultos del Hospital Universitario Ramón y Cajal (Madrid) y vicepresidente electo de la Sociedad Española de Cirugía Cardiovascular y Endovascular (SECCE)­. El cardiocirujano recuerda que, hace unos años, intervenciones quirúrgicas habituales como estas eran impensables, sobre todo las que se refieren al implante o reparación de válvulas cardíacas.

 

El robot Da Vinci

Otro de los avances es la cirugía robótica, con el robot Da Vinci como máximo exponente. Este dispositivo se sitúa en la mesa de operaciones como un cirujano más y ayuda los médicos reales a operar corazones, como por ejemplo, reparar válvulas mitrales –que separan las dos cámaras del lado izquierdo del corazón– en lugar de tener que sustituirlas por prótesis.Sin embargo, “su utilización aún es muy escasa por su elevado coste y complejidad en cirugía cardíaca”, alega Rodríguez-Roda.

En la misma línea, las técnicas de inteligencia artificial también están ayudando sobremanera a los cardiólogos, que las usan a diario. Como hemos visto, un ejemplo es cómo ayudaron a procesar las 25 000 imágenes de resonancia magnética del corazón para averiguar cuál es la función de la red de fibras musculares que intrigaba al genio del Renacimiento.

“En imagen cardíaca, múltiples máquinas –tomografía computarizada, resonancia magnética o ecocardiógrafo– se ayudan de estas tecnologías, lo que aumenta la capacidad diagnóstica y ahorra tiempo a los especialistas, al realizar múltiples medidas de forma automática mediante algoritmos de inteligencia artificial”, detalla el doctor Rafael Vidal, miembro del Comité Ejecutivo de la Sociedad Española de Cardiología (SEC). Según el cardiólogo, el futuro pinta prometedor, ya que herramientas tradicionales como el electrocardiograma, al digitalizarse, también se beneficiarán de la inteligencia artificial. “Permitirá predecir con precisión si el corazón ha perdido fuerza o si va a desarrollar una arritmia grave en el futuro, lo cual ayudará a instaurar tratamientos preventivos o a iniciar precozmente la búsqueda de la patología que subyace”, explica.

Coincide con él la cardióloga Freedman, quien recuerda que estas técnicas ya se están usando para tener más información sobre el ritmo cardíaco de los pacientes, lo que puede servir a los médicos para averiguar quién puede sufrir una arritmia y de qué tipo.

 

Secuenciación genética masiva

En este recorrido por las innovaciones cardíacas no podemos olvidar las aportaciones de la Asociación Estadounidense del Corazón, un referente en cardiología mundial, que lleva desde 1996 seleccionando los principales avances en este ámbito. Entre ellos destaca la secuenciación genética masiva. “Es un área que avanza rápidamente”, declara Freedman. Además de tratar de responder a las preguntas de Da Vinci, los estudios del genoma humano también han servido para que los cardiólogos tengan más datos sobre problemas cardíacos como la tromboembolia venosa, que se produce cuando se forma un coágulo sanguíneo en una vena profunda, normalmente en la parte inferior de la pierna, el muslo o la pelvis. Si este coágulo se desprende y viaja a través del torrente sanguíneo hacia los pulmones hablamos de una embolia pulmonar, que puede ser letal. Un estudio reciente publicado en la revista Nature Genetics con el que se examinó el ADN de más de 650 000 personas descubrió veintidós nuevas regiones del genoma que se corresponden con este problema.

Otra patología que puede ser grave es la enfermedad arterial periférica, que ocurre cuando se estrechan los vasos sanguíneos fuera del corazón debido a que se acumula en ellos grasa y colesterol. Esto puede reducir o interrumpir el flujo de sangre, generalmente hacia las piernas, lo que puede provocar la muerte de los tejidos e, incluso, la amputación del pie o la pierna. Una investigación recogida en Nature Medicine en la que los científicos analizaron la información genética de más de 637 000 personas identificó dieciocho nuevas regiones del genoma asociadas a esta enfermedad.

“Esta tecnología ha cambiado radicalmente la forma en que entendemos algunas enfermedades cardiovasculares”, sostiene Pablo García Pavía, de la Unidad de Insuficiencia Cardíaca y Cardiopatías Familiares del Servicio de Cardiología del Hospital Universitario Puerta de Hierro (Madrid). El cardiólogo destaca que gracias a la secuenciación masiva se ha podido esclarecer la causa genética de muchas enfermedades cardíacas hereditarias, como las miocardiopatías, las enfermedades de la aorta, los trastornos del colesterol y algunas arritmias cardíacas, todas ellas asociadas a un alto riesgo de muerte súbita.

“También ha aumentado el conocimiento que tenemos de los factores genéticos asociados con un mayor riesgo de enfermedades muy frecuentes como la cardiopatía isquémica, la hipertensión arterial y algunas enfermedades metabólicas”, describe el especialista. Una vez que conocen los genes y las mutaciones responsables de las cardiopatías, los cardiólogos, gracias a la secuenciación masiva del ADN, pueden hacer el diagnóstico genético de sus pacientes. “Establecer la causa genética nos permite estimar mejor el riesgo y, a menudo, establecer el tratamiento más adecuado”, dice.

 

Medicina de precisión

Es lo que se conoce como medicina personalizada de precisión, aquella a medida y adaptada a cada paciente. Según García Pavía, gracias a la información genética los médicos pueden ir por delante de la enfermedad y diagnosticar a familiares que estén en riesgo de sufrir esas patologías antes de que se manifiesten. “Muy probablemente, las nuevas generaciones de cardiólogos la usen como una herramienta más para dar diagnósticos precoces, y podrán establecer programas de prevención cardiovascular”, apunta la especialista Gálvez-Montón.

Y no solo eso. La secuenciación masiva también ha resultado fundamental para desarrollar tratamientos específicos. “Conocer nuevos genes causales y nuevas vías metabólicas ha permitido desarrollar fármacos cardiovasculares de nueva generación”, recuerda García Pavía. Un ejemplo son algunos que tratan niveles muy altos de colesterol o aquellos que actúan sobre el ADN o el ARN mensajero.

Tradicionalmente, a las personas con alto riesgo de que se les formen coágulos en los vasos sanguíneos los cardiólogos les prescriben anticoagulantes como el acenocumarol, que necesita un seguimiento constante, algo que podría pasar a la historia. “Uno de los avances más importantes es la sustitución progresiva de los antagonistas de la vitamina K, que en España es el conocido Sintrom, por anticoagulantes directos, que no solo tienen la ventaja de no precisar analíticas de sangre periódicas, sino que además presentan menos riesgo de complicaciones”, resalta Raúl Moreno, presidente de la Asociación de Cardiología Intervencionista de la SEC.

Además, el cardiólogo señala que pacientes con hipercolesterolemia grave –con niveles muy altos de colesterol en sangre– ya están recibiendo anticuerpos monoclonales por vía subcutánea una o dos veces al mes. Este nuevo tratamiento reduce las cifras de colesterol cuando no hay una buena respuesta a los fármacos habituales, según Moreno. En tratamiento farmacológico también destacan nuevos fármacos dirigidos a pacientes con insuficiencia cardíaca –el sacubitril/valsartán–, al reducir “significativamente la mortalidad y las rehospitalizaciones”, dice Gálvez-Montón.

Viendo lo que se ha conseguido en los últimos años, los científicos se muestran optimistas. El corazón bioartificial será una realidad aunque no es fácil estimar una fecha. Asimismo avanzarán cada vez más la generación de tejidos, las terapias celulares y las cirugías mínimamente invasivas. Rodríguez-Roda menciona además los xenoinjertos, es decir, trasplantes cardíacos procedentes de animales, “aunque el riesgo de las zoonosis dificulta mucho su desarrollo”, advierte.

Y se espera que aumente la cooperación entre las diferentes especialidades para poder afianzar los tratamientos combinados. Si Leonardo da Vinci reunía un anatomista, un ingeniero y un artista en una misma persona, la colaboración entre las disciplinas médicas tiene que seguir la misma filosofía: todas a una. 

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