Maravillas de la medicina regenerativa

¿Cómo reparar huesos, lesiones de la piel o, incluso, órganos defectuosos? La ingeniería de tejidos explora vías diversas, desde la incubación de células humanas en el cuerpo de animales hasta la bioimpresión D.

La mayoría de las causas de muerte en los países desarrollados está relacionada con el inexorable paso del tiempo. Su transcurso nos lleva a envejecer y, como consecuencia, a enfermar. Huesos que se debilitan, sentidos que van perdiendo su habilidad, órganos que ven mermada su funcionalidad, células que se comportan de forma extraña, alocada... La ciencia ha logrado incrementar la esperanza de vida hasta cifras nunca vistas, pero, al mismo tiempo, nos ha hecho mucho más conscientes de los límites biológicos de la longevidad humana. De hecho, cada treinta segundos muere un paciente por una dolencia que podría tratarse mediante la sustitución de tejidos y órganos tan vivos como los originales.


Para derribar esos límites, la medicina tiene que sufrir una revolución que lleve a tratar a los pacientes y al envejecimiento con una perspectiva por completo diferente. Así, en lugar de retrasar o parchear los daños en el cuerpo humano, el santo grial de la medicina moderna está en la regeneración. Es decir, sustituir tejidos y órganos dañados por otros completamente nuevos y compatibles o, incluso, revertir los daños asociados al paso del tiempo. De eso se ocupa la medicina regenerativa. Los más prometedores y novedosos avances de los últimos años nos hacen vislumbrar progresos hacia terrenos todavía desconocidos. Hace tan solo unas décadas parecía ciencia ficción, pero lo cierto es que son ya varios los tratamientos que han llegado a la práctica clínica, y otros podrían hacerlo en un futuro próximo si los resultados de los ensayos clínicos resultan positivos. Entre las diversas aplicaciones de las células madre, por ejemplo, ya está el tratamiento de enfermedades de la sangre, de graves quemaduras de la piel, de lesiones en la córnea y de fístulas cutáneas causadas por la enfermedad de Crohn.

 


Reconstrucción desde dentro

En las últimas décadas, la principal estrategia terapéutica en medicina regenerativa se ha centrado en intentar reparar o regenerar tejidos u órganos aplicando diversos elementos desde el exterior: células madre, factores de crecimiento, biomateriales... La ventaja de este enfoque es que no solo posibilita diseñar y personalizar en el laboratorio qué tratamiento queremos aplicar, sino que también permite conocer más de cerca y en los límites de una placa de Petri cómo funcionan diversos procesos implicados en la multiplicación celular.

Sin embargo, esta estrategia encierra una serie de inconvenientes, como costes elevados, dificultad en la estandarización de ciertos tratamientos, posibles mutaciones derivadas de expandir el número de células, elevados requisitos de seguridad en el laboratorio... Recientemente, investigadores del Instituto Salk de California (EE. UU.), liderados por un experto mundial en medicina regenerativa, el español Juan Carlos Izpisúa, han desarrollado una estrategia que da una vuelta de tuerca a este enfoque. La idea es tan ingeniosa como sencilla: ¿por qué no incitar al propio organismo a que sea él mismo el que se regenere? Se trata de algo natural para ciertas especies animales. Por ejemplo, el pez cebra, la salamandra o el ajolote tienen unas habilidades de regeneración portentosas.

 

Desafortunadamente, los mamíferos carecemos de esas capacidades, que son bastante limitadas para la mayoría de tejidos. Sin embargo, gracias a herramientas tan punteras como la reprogramación genética, este obstáculo para los mamíferos puede superarse. Hablamos del proceso por el cual se puede conseguir que cualquier célula del cuerpo se convierta en una célula madre u otro tipo celular a través de la activación de un cóctel de genes. Ha sido uno de los grandes descubrimientos de la biología en los últimos años, y sus descubridores fueron premiados con el Nobel de Medicina. Gracias a la reprogramación genética, científicos han conseguido que la piel de ratones con graves úlceras pueda sanarse. El hallazgo fue publicado en la prestigiosa revista Nature el pasado septiembre. La clave está en modificar la información genética de las propias células de la piel presentes en esas lesiones para que se conviertan en células madre. Al darles habilidades especiales para que regeneren la piel, se pueden conseguir grados de curación de lesiones profundas y extensas nunca antes vistos.

Por supuesto, aún hay muchos detalles que mejorar antes de que esta estrategia pueda llegar a los seres humanos. Por ejemplo, hay que optimizar la eficiencia en la reprogramación de las células o diseñar vías de administración de genes para que se dirijan exclusivamente a ciertos tipos celulares. Aun así, se abre una puerta al tratamiento de quemaduras graves, úlceras y heridas de la piel, con una perspectiva experimental completamente nueva: que sea el propio paciente quien reconstruya por sí mismo las áreas afectadas. Por otro lado, nos hace preguntarnos si es posible aplicar este enfoque a otros órganos y tejidos dañados para que se regeneren desde dentro. Si así fuera, las posibilidades serían increíbles. cerdo con corazón humano.


Con el envejecimiento de la población y el incremento gradual de la esperanza de vida, cada vez se necesitan más órganos para trasplantes. El problema es que las donaciones no se están incrementando en la misma medida y, como consecuencia, las listas de espera se alargan más y más con el tiempo. Tanto es así que decenas de miles de personas a lo largo del mundo mueren esperando un preciado órgano que no llega. Solo en la Unión Europea, en el año 2013, fallecieron 4.100 pacientes que estaban inscritos oficialmente en listas de espera.

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Una de las soluciones experimentales más innovadoras para esta dramática situación es la creación de órganos humanos en animales, mediante el uso de la ingeniería genética y las células madre. El objetivo es que los xenotrasplantes –así se denominan los trasplantes de órganos entre diferentes especies– sean una alternativa real. Por supuesto, en el caso de fabricar piezas humanas directamente en animales nos encontramos con múltiples retos que superar antes de que sea una realidad. La primera gran dificultad es nuestro propio sistema inmunológico, que es vital para protegernos de infecciones, sobre todo, de bacterias y virus. Tanto es así que carecer de este escudo biológico lleva a una muerte inminente ante el ataque de microorganismos.


Sin embargo, nuestras propias defensas son también uno de los grandes obstáculos que nos impiden recibir tejidos de otras especies animales. Los reconocemos como elementos extraños y los atacamos con ferocidad. Precisamente por ello se están modificando genéticamente animales en el laboratorio –por ejemplo, cerdos– para que sean más compatibles para el ser humano. ¿Cómo? Mediante la eliminación de moléculas características que nuestro sistema inmune detecta como forasteras, o con la producción de moléculas típicamente humanas. Ahora bien, este es solo el primer paso. Otra estrategia complementaria es implantar células madre humanas en embriones de animales, bajo circunstancias controladas, para que produzcan tejidos u órganos humanos específicos –riñones, corazones, páncreas...–.

La gran ventaja de esta técnica es que la madre naturaleza es la que toma el mando en el desarrollo de los tejidos u órganos, procesos que son increíblemente complejos. Tan complicados que no solo desconocemos su funcionamiento al detalle, sino que, hoy por hoy, es imposible que los podamos recrear en el laboratorio por nuestra incapacidad para controlar multitud de factores.


Al implantar en cobayas células madre humanas para el desarrollo de tejidos y órganos para personas, han aparecido los denominados animales quimera. Estos poseen células de diferente procedencia: las propias y las de origen humano. Es un método que, por otra parte, no está exento de conflictos éticos, pues supone, al fin y al cabo, humanizar animales, aunque el objetivo sea solo crear ciertos órganos y tejidos. Se trata de evitar, a toda costa, que los encéfalos de dichos animales también puedan llegar a desarrollar consciencia e inteligencia humanas.

 

Entre las especies en las que la creación de órganos humanos es más prometedora, se encuentran los cerdos y las ovejas. Esto se debe a que es fácil y rápido criarlos y varios de sus órganos tienen un tamaño similar a los nuestros. El año pasado, científicos del Instituto Salk, con el doctor Izpisúa al frente, lograron crear por primera vez quimeras cerdo-hombre, tal y como podía leerse en la revista Cell. Como explicaba el reputado científico español, “es la primera vez que vemos células humanas creciendo en el interior de grandes animales”.


Para conseguirlo, eliminaron genes implicados en el desarrollo de órganos concretos en embriones de cerdo e introdujeron células madre humanas para que estas se encargasen de producir dichos órganos. Aunque, aparentemente, el proceso fue exitoso tras muchos intentos, se interrumpió el desarrollo de los embriones a los veintiocho días de embarazo, para comprender qué es lo que había ocurrido con más detalle. Asimismo, en febrero pasado, investigadores de la Universidad de Stanford (EE. UU.) anunciaron otro paso adelante en el diseño de animales quimera. En una reunión científica en Texas, mostraron la creación de embriones híbridos de oveja y persona. Aunque aún hay mucho margen de mejora: tan solo un 0,01 % de las células eran de origen humano.


En el futuro cercano, conoceremos más y mejor los mecanismos para desarrollar órganos y tejidos a medida dentro de animales, hasta fases más avanzadas de gestación y, si los comités éticos lo permiten, sabremos si es posible que sean una opción más para aquellos que esperan el ansiado órgano que salve sus vidas de una muerte acechante.


Mientras tanto, otra vía de investigación está en las impresoras 3D, que forman ya parte de la rutina de muchas personas. No solo en sectores más profesionales, como la arquitectura y la ingeniería, sino también en los colegios y en los hogares de algunos aficionados.


En el mundo de la medicina regenerativa, sin embargo, esta tecnología ha tardado bastante en hacer acto de presencia. La principal barrera era la supervivencia de las células durante la impresión: hace relativamente pocos años era muy pobre y restringía de forma considerable la creación de tejidos vivos. En nuestros días, la evolución y el perfeccionamiento de la técnica ha permitido resolver este problema. Se han dado así los primeros pasos para alcanzar el objetivo más ambicioso y complejo de esta moderna herramienta: crear órganos humanos en el laboratorio.

 

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¿Y si lo imprimimos?


El principio por el que funciona una impresora 3D de componentes biológicos es relativamente sencillo. La biotinta que se inyecta está compuesta por una mezcla definida de células y ciertos materiales que dan estabilidad y soporte funcional. Esta inyección se hace capa a capa, para crear estructuras biológicas más o menos complejas, igual que en otros tipos de impresión 3D. En la actualidad, sus aplicaciones más prometedoras en medicina regenerativa son la fabricación de tejidos rígidos, como huesos y tejidos cartilaginosos (oreja, tabique nasal, tráquea...). Pero el asunto se complica mucho más cuando lo que se pretende crear son tejidos y órganos blandos. Para empezar, hay que garantizar la conexión funcional entre las células y, al mismo tiempo, asegurar que la estructura se mantenga estable durante la impresión. Esto es especialmente difícil a partir de ciertos volúmenes. No solo porque es más probable que los grandes tejidos biológicos colapsen tras la impresión, sino porque también se hace necesario desarrollar vasos sanguíneos que nutran a todas las células implicadas, para que no mueran por asfixia. Son estas razones las que explican por qué todos los órganos desarrollados hasta ahora –por impresión 3D u otros métodos– son de miniatura: minirriñones, minihígados, minicorazones, minipulmones... Mientras no solucionemos los citados retos, los órganos artificiales no podrán dar, literalmente, la talla.

Además, el que se inyecten células típicas de un determinado órgano, con su forma característica, no significa, ni muchísimo menos, que estas vayan a funcionar de manera global como el órgano en cuestión. En otras palabras, imprimir multitud de células cardiacas con forma de corazón no implica haber conseguido producir algo que funcione como un corazón. Podemos definir estructuras y el material biológico, pero, hoy por hoy, todavía no controlamos las complejas interacciones entre células que dan la funcionalidad a un determinado órgano. De la misma forma que juntar a diversas personas de aquí y allá en un grupo no garantiza que tengas a un equipo que se coordine y trabaje bien conjuntamente. De hecho, esta es la principal y actual barrera de la impresión 3D.


Así las cosas, científicos a lo largo y ancho del mundo están investigando diferentes estrategias para salvar estos obstáculos. Por ejemplo, en la Universidad de Newcastle (Reino Unido) han creado las primeras córneas humanas –aún en fase experimental– mediante la combinación de células madre de esta zona del ojo junto con colágeno y alginato, un polisacárido presente en las algas marinas pardas.

Solo necesitan un empujón


Por su parte, en la Universidad de Glasgow están trabajando en el desarrollo de huesos mineralizados a través de una técnica muy ingeniosa llamada nanopatada. Mediante vibraciones de alta frecuencia, se estimula a las células madre de la médula ósea en geles de colágeno para que ellas mismas produzcan tejido óseo en 3D. Ya lo han probado con éxito en animales y esperan que esta tecnología esté lista para humanos, como muy pronto, para el año 2020.


Como vemos, los avances son muchos, igual que las líneas abiertas de investigación. Pero, como ocurre al explorar lugares desconocidos y remotos, es imposible saber hasta dónde podremos llegar para revolucionar la medicina y la vida de la humanidad tal como la conocemos hoy en día. Lo único seguro es que no lo sabremos si no lo intentamos.