La Ingeniería de Tejidos. Fábrica de piezas de recambio.

Cualquier parte del cuerpo es reemplazable. La ciencia empieza a manejar a su antojo las células para que desarrollen órganos completos y compatibles con el receptor. Y lo que es más osado: investiga cómo hacer para que el propio cuerpo los genere.


Para Harry Potter, regenerar los huesos de su brazo malherido fue cuestión de tomarse un amargo trago de Skele-Gro y aguantar unas noches de dolor. En los hospitales modernos existe una magia parecida: la ingeniería de tejidos. Y aunque no está tan desarrollada como para ser efectiva con una simple bebida, ha hecho posible cultivar en el laboratorio trozos de piel, cartílago, vasos sanguíneos, corneas, dientes y huesos, y hasta crear una vejiga, el primer órgano tridimensional no mecánico fabricado fuera del cuerpo de una persona. El objetivo radica en llegar a construir órganos complejos y compactos -la vejiga es hueca-, como un corazón o un riñón para después trasplantarlos a un paciente. Y en el futuro, algo aún más osado: desarrollar un órgano dentro de un cuerpo humano desde cero.

La alquimia de la ingeniería de tejidos -término acuñado en 1987 que hace referencia a la manipulación biológica para generar nuevas estructuras vivas- explota el poder de las células madre o stem cells para convertirse en cualquiera de las estirpes celulares que integran nuestro organismo, desde una célula del riñón hasta una neurona. La estrategia consiste en fabricar una especie de andamio de plástico biodegradable y biocompatible con la forma del órgano o tejido deseado y verter en él una sopa de nutrientes con las stem cells del propio paciente. De alguna manera que aún no se ha logrado explicar, las células madre, tanto de adulto como embrionarias, reconocen la forma de la matriz; se comunican con ella siguiendo señales químicas desconocidas y se organizan por sí mismas como hormigas en una colonia para fabricar los tejidos del órgano deseado. Operan como si fueran una cuadrilla de albañiles.


Podría llegar a paliar la acuciante falta de donantes.

Cada año, miles de pacientes esperan el trasplante de un órgano vital -unos 5.000 en España pero no hay donantes suficientes y muchos mueren antes de que llegue. Esta disciplina podría resolver la falta de donaciones.
Corazones, riñones y otros órganos fabricados a la carta serian la solución ideal, porque los sustitutos artificiales tienen sus limitaciones: los implantes prostéticos no crecen a la par en los pacientes jóvenes, y los órganos de cadáveres o cerdos humanizados fallan con el tiempo y sentencian al paciente a una vida de fármacos inmunosupresores para combatir el posible rechazo.
La ingeniería de tejidos promete soluciones a todo esto. Y de paso, ayuda a entender cómo funcionan las células madre.

Los primeros beneficiados con los éxitos de esta ciencia son aquellos que necesitan nueva piel, como los quemados. La piel se fabrica y comercializa desde hace décadas: en EE UU, su venta mueve 56 millones de euros anuales. Los retales de seis centímetros de diámetro tardan 20 días en formarse y hasta se ofrecen instrucciones del tipo "fabríquelo usted mismo" para quienes desean cultivar fragmentos de su piel con incubadoras disponibles en Internet. "Si usted necesita piel o cierta clase de cartílago, puede contar con ello", dice Robert Langer, profesor de ingeniería química y biomédica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).


Los conejos se benefician de una córnea bioartificial.

"Muchos otros tejidos humanos, como los vasos sanguíneos o las corneas, se encuentran aún en fase de pruebas clínicas. Estamos ensayando con intestinos, cuerdas vocales, tejidos del pene y médula espinal, pero aún en animales. Estamos dando los primeros pasos", comenta Langer.

En España, investigadores de la Universidad de Granada anunciaron el año pasado la construcción del primer modelo de córnea artificial a partir de stem cells recogidas del globo ocular de conejos. El cultivo celular creció con éxito sobre un soporte poroso para forjar una córnea que luego se implantó en un animal.

El otro objetivo de la ingeniería de tejidos es que el órgano en cuestión sea portador de medicamentos. Ya existe un armazón que permite liberar lentamente un agente antitumoral para combatir una forma de cáncer cerebral.


Cuando un puñado de células empieza a latir.

El laboratorio de Langer en Massachusetts parece un muestrario de partes del cuerpo para algún experimento poco ortodoxo. Placas y platos de cristal exhiben trozos de piel. En un rincón, un tubo de vidrio rota en una centrifugadora. Contiene un líquido rojizo en el que flotan trozos de cartílago ovalados como perlas aplastadas. Forman parte de una investigación en colaboración con la NASA para estudiar si la ingravidez afecta al crecimiento y organización de las células. La muestra favorita de los visitantes es una nariz blanquecina que devoró su estructura de polímeros y reposa sobre un soporte como una pieza arqueológica en un museo. Húmeda y con una textura similar al caucho, es una réplica muy bien lograda. Lo que más asombra, sobre todo a los no iniciados son los tejidos de corazón nadando en un medio de cultivo. Con el microscopio es posible distinguir cómo las células se unen y comienzan a latir. "Algún día lograremos que estas células se conviertan en un corazón", dice Langer pausadamente sin dejar de observar el tejido.

Langer, junto con Joseph Vacanti, profesor de la Universidad de Harvard y cirujano del Hospital General de Massachusetts, fueron los primeros en demostrar el método para fabricar tejidos vivos, colocando células madre sobre una matriz biodegradable. En 2005, Langer recibió 375.935 euros del Premio del Centro Médico Albany en Investigaciones Biomédicas, una de las distinciones más prestigiosas en ese campo.


Para empezar, una maraña de capilares.

Un ayudante sitúa frente a nosotros un recipiente con fragmentos de capilares, vasos sanguíneos que crecen sobre un laberinto de formas vasculares en un chip plástico."El doctor Vacanti y yo estamos trabajando en los capilares con el Laboratorio Draper, en Massachusetts. Operamos a escala microscópica y casi nano para crear redes sanguíneas. Es temprano, pero ya hemos logrado que funcionen bastante bien".

El siguiente reto es obtener el grosor que necesitaría un órgano como el hígado o el riñón. "Hay que cultivar varias capas de tejido vascular y colocarlas unas sobre otras. La idea es lograr que la sangre fluya entre ellas, igual que lo haría de verdad. Antes de fabricar un órgano sólido debemos resolver el problema de llevar a su interior oxígeno y sangre constantemente y en cantidades suficientes", explica Langer.


Materiales estimulantes y "amistosos".

No obstante, diseñar polímeros que funcionen bien con células vivas no es tan fácil como parece. Hay que superar numerosos obstáculos. Por un lado, es necesario crear los materiales correctos, altamente biocompatibles y que estimulen el crecimiento y comportamiento de las células. Por otra parte, hay que descubrir cuáles son las condiciones perfectas y el medio de cultivo óptimo para fabricar un tejido dentro de un tubo de ensayo. "¿Tenemos que agitar las células o dejarlas reposar? ¿Y si hay que moverlas, cómo debe hacerse? ¿A qué velocidad? ¿Con qué frecuencia? Cualquier cambio supone una diferencia enorme", explica Langer. Por ejemplo, es indispensable agitar las células del tejido vascular. Los capilares están conectados al corazón y, por tanto, las células necesitan acostumbrarse a recibir y aguantar la presión arterial. En los ensayos, se conectan a una bomba que hace las veces de corazón. Por su parte, las células de tejido cardíaco han de ser estimuladas eléctricamente para simular las mismas condiciones que se registran en el organismo.


Son mimadas con papillas para que hagan su trabajo.

Antes de sembrar células sobre un andamio de polímeros es preciso encontrar la matriz perfecta, algo así como idear los cimientos de un edificio. ¿Necesitan las células crecer sobre un andamio flexible que simule los tejidos elásticos del cuerpo o en uno rígido donde se puedan apoyar, por ejemplo, las células de un hueso? ¿Qué estímulos químicos necesita una célula madre embrionaria para convertirse en un trozo de intestino? "Lo espectacular -dice el profesor Robert Levenberg, del equipo de Langer- es que descubrimos que con distintos factores de crecimiento, es decir, con diferentes nutrientes y sustancias químicas, podíamos empujar a las células en distintas direcciones". Según la composición de la papilla, una stem cell se convierte, pongamos por caso, en una célula ósea o en una renal.


Las ideas más radicales también se prueban.

Y no es sólo cuestión de química, sino también de física. "El armazón de polímeros es crucial", señala Levenberg. Y añade: "Determina las claves físicas para la orientación de las células y la forma en que estas se extienden. Y los poros del andamio ofrecen espacio para remodelar las estructuras de los tejidos. Si el armazón es demasiado blando, por ejemplo, se colapsará por las fuerzas mecánicas de las células". El equipo utiliza diferentes polímeros para crear el andamiaje. Algunos se degradan más rápidamente que otros. "Eso le da a las células espacio para crecer mientras que a la vez están sostenidas por la estructura", concluye Levenberg.

Otros investigadores en el Reino Unido están ensayando un enfoque aún más radical: en lugar de fabricar el tejido fuera del cuerpo para después implantarlo, han decidido ensayar en el interior, inyectando los armazones en el organismo sin necesidad de cirugía. "La idea es inyectar el soporte a la vez que las células, el factor de crecimiento y los nutrientes", explica el profesor Kevin Shakesheff, de la Universidad de Nottingham. Una vez dentro del cuerpo, el material se transforma en una estructura de poros abiertos, como una esponja, que no deja productos tóxicos. Estos armazones inyectables beneficiarán especialmente a los pacientes cuyos tejidos óseos o hepáticos no se regeneran de forma natural a causa de alguna enfermedad.


Se usan materiales del cuerpo para evitar rechazos.

Shakesheff también descubrió una forma de procesar los andamios fuera del cuerpo, usando CO2. En palabras de este investigador, "el proceso permite que los armazones se ensamblen a bajas temperaturas, lo que preserva los nutrientes y las células. El hecho de que la sopa nutritiva sea liberada lentamente hará que algunos tejidos, como los huesos, se regeneren cuando no harían de forma natural".

Tanto Shakesheff como Langer se enfrentan al mismo reto: ¿Cómo asegurar que el cuerpo no rechace los armazones? "Por lo general construimos los componentes de las matrices con materiales que ya existen en nuestro organismo, como el glicerol. Tenemos toda una lista de materiales. Con el tiempo, el cuerpo rompe los polímeros y los absorbe sin problema", dice Langer.

Quizás la parte más ardua de la ingeniería de tejidos radica en saber cómo obtener los distintos tipos de células que uno quiere, y hacer que crezcan a la velocidad adecuada. "Para algunas de estas células todavía no se ha hallado una matriz que funcione correctamente", añade Langer.

El caso de la vejiga se considera todo un éxito porque se ha logrado que las células crezcan en una estructura 3D, algo similar a lo que sucede dentro de un embrión. Anthony Atala, de la Universidad de Wake Forest, en Carolina del Norte (EE UU), implantó a lo largo de varios años siete vejigas casi completas en otros tantos niños con una afección severa en este órgano. Hace poco, anunció que todos habían respondido satisfactoriamente a la cirugía reparadora. Atala no usó stem cells, sino células normales procedentes de la vejiga del pequeño que cultivó y dispuso por capas en un armazón con la forma de este órgano urinario. Algunas semanas después, el amasijo celular edificó la nueva vejiga que sustituiría a la estropeada y que amenazaba con lesionar los riñones de los niños.


Órganos que superan las limitaciones del cuerpo.

Según los expertos, lo extraordinario de este trabajo es que las vejigas tienen vasos sanguíneos infiltrados en sus tejidos y también algunos nervios. Y aunque los órganos no funcionan al cien por cien como una vejiga natural saludable, son mucho mejores que las que tenían los pacientes originalmente.

Hasta ahora, los cirujanos no tenían otra alternativa que usar tejidos de otras partes del cuerpo, como el estómago o el intestino delgado para hacer la bolsa del pipí. Pero estos tienen funciones muy distintas: el tejido intestinal absorbe nutrientes y agua, mientras que el de la vejiga extrae agua y sustancias químicas para desecharlos, lo que puede ocasionar que no funcione como es debido, según Atala. "Cuando uno pone un trozo de intestino a funcionar como una vejiga, el paciente comienza a absorber cosas que no debería. Esto podría generar problemas relacionados con el crecimiento de los huesos, ciertos desarreglos metabólicos y hasta cáncer", señala.

No obstante, el equipo de Atala aún no ha implantado un órgano completo. Los uréteres que drenan los riñones y los músculos de los esfínteres, en la base de la vejiga implantada, siguen siendo los originales del paciente. Remplazarlos requeriría colocar también una serie de conexiones nerviosas que comunicaran al cerebro que la vejiga está llena y necesita ser vaciada.


De momento es una terapia muy costosa.

El otro gran obstáculo es el económico. Aunque el procedimiento de Atala asciende a 3.000 euros por paciente, que aún así resulta más barato que costear la diálisis de por vida, ¿cuánto supondrá fabricar un hígado desde cero usando células madre?

"El desarrollo de la vejiga es todo un triunfo porque ha demostrado que es posible tomar células del cuerpo, hacerlas crecer sobre una estructura y volverlas a implantar", afirma Michel Lysaght, profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Brown, en Providence (Rhode Island). "Demuestra -añade- un concepto que ayudará mucho a las investigaciones futuras. Pero en la fabricación del corazón, por ejemplo, aún hay muchas limitaciones". Existen órganos más difíciles de desarrollar que otros. El páncreas, por ejemplo, es un aparato complicado. Se pueden recoger sus células de los donantes, pero por alguna razón desconocida no proliferan en los cultivos. Tampoco se sabe cómo conseguir que las propias células pancreáticas de un diabético se conviertan en productoras de insulina.


Si cortamos el extremo de un dedo a un niño de 2 años...

¿Llegará el día en que podamos regenerar las extremidades como hacen los cangrejos, las estrellas de mar y las lagartijas? Los científicos piensan que será posible; eso sí, una vez que comprendan todas las señales que rigen el desarrollo normal del organismo.

"Por ejemplo, se puede cortar parte de la extremidad de un feto y, si es lo suficientemente joven, la extremidad entera volverá a salir", dice Lysaght. "Y si seccionamos el extremo del dedo pulgar de un niño de dos años, el apéndice crecerá de nuevo y será completamente normal, sin una sola cicatriz. Pero si le sucede a un adolescente, tendrá un dedo marcado por una cicatriz. Y si es adulto, peor aún".

La estrategia pasa por entender cómo encender y apagar esas señales que nos permiten curarnos perfectamente cuando estamos en el vientre materno. Lo único que tendríamos que hacer es encenderlas temporalmente después de una herida. "Teóricamente podríamos regenerar un brazo amputado y no necesitaríamos los andamies de plástico. Es una idea muy emocionante", dice Lysaght.

Aunque es cierto que los investigadores han identificado algunos genes en animales más o menos relacionados con estas funciones, estamos lejos de poder imitar a Harry Potter.


Si no funciona, quedan las prótesis electromecánicas.

Por otro lado existen varios métodos para reemplazar las partes que fallan. Las avanzadas prótesis electromecánicas hacen que cada día nos parezcamos más al Hombre nuclear, un personaje televisivo de los setenta con extremidades amputadas biónicas que le daban unos poderes extraordinarios. Miles de personas en el mundo viven gracias a la primera generación de estos órganos. Y funcionan bien: "Una persona con una pierna artificial puede correr en un segundo menos el récord de 1.200 metros", dice Lysaght. "Hay investigadores trabajando en un ojo biónico que da una visión de 20/80 a personas ciegas", añade.

¿Pero qué parte del cuerpo no es remplazable? "No he hallado aún una sola en la que alguien no esté trabajando. Algún día, cada centímetro cuadrado del cuerpo humano podría cambiarse, incluso si ese día tarda siglos en llegar", concluye Lysaght.

Por Ángela Posada-Swafford