Cultivo de órganos: un viaje hacia el futuro de la medicina

El cultivo de órganos es un campo de investigación pionero que busca cultivar órganos y células humanas sanas en laboratorio para trasplantarlos al cuerpo humano.
Este campo tiene una promesa inmensa para tratar una variedad de enfermedades graves, incluyendo enfermedades crónicas, lesiones graves y condiciones congénitas.

La idea de cultivar órganos humanos en laboratorio existe desde hace muchos años, pero solo en los últimos años se ha producido un progreso significativo en el campo.
El comienzo del camino se caracterizó por intentos de cultivar células individuales en laboratorio, y posteriormente los científicos avanzaron al cultivo de tejidos simples.
Un avance significativo en la ingeniería de tejidos ocurrió en la década de 1990. La impresión 3D en sí misma se inventó ya en 1984 (estereolitografía, Charles Hull), y la impresión de células vivas (bioimpresión) se demostró por primera vez en 2003. La combinación de estas tecnologías permitió la creación de estructuras tridimensionales más complejas.

Ingeniería de tejidos:

Esta tecnología se centra en cultivar células humanas sobre andamios tridimensionales, creando una estructura y función similares a las de un órgano. Este proceso se realiza en varios pasos:

1. Selección de células: Se toman células humanas adecuadas de diversas fuentes, como una biopsia del paciente, células madre o células embrionarias.
2. Multiplicación celular: Las células se multiplican en el laboratorio en condiciones controladas.
3. Andamio: Creación de un andamio tridimensional a partir de materiales biológicos o sintéticos, que sirve como base para el crecimiento del tejido.
4. Siembra: Las células se depositan sobre el andamio.
5. Maduración: Creación de condiciones óptimas para el crecimiento del tejido, suministrando nutrientes y oxígeno.
6. Trasplante: Una vez que el tejido ha crecido y se ha desarrollado adecuadamente, se puede trasplantar al cuerpo del paciente.

La ingeniería de tejidos permite el cultivo de una amplia variedad de tejidos, incluyendo:

• Piel: Para tratar quemaduras, heridas crónicas y cirugía plástica.
• Hueso: Para tratar fracturas, lesiones y cirugía ortopédica.
• Músculo: Para tratar lesiones musculares, distrofia muscular y desgarros musculares.
• Cartílago: Para tratar artritis, lesiones de cartílago y cirugía ortopédica.
• Vasos sanguíneos: Para tratar enfermedades cardíacas y vasculares, trasplantes de órganos y cirugías complejas.

Los principales desafíos en el campo de la ingeniería de tejidos:

• Creación de vasos sanguíneos: El suministro de oxígeno y nutrientes a todas las partes del tejido es esencial para su éxito.
• Integración nerviosa: Establecer una conexión nerviosa adecuada entre el tejido trasplantado y el cuerpo del paciente.
• Rechazo inmunológico: Prevenir el rechazo del tejido trasplantado por el sistema inmunológico del cuerpo.

Impresión 3D de órganos:

Esta tecnología innovadora permite la creación de órganos artificiales mediante la impresión de células humanas y materiales biológicos. El proceso de impresión se realiza en capas, utilizando impresoras 3D especiales.

Ventajas de la impresión 3D:

• Precisión: Creación de órganos con una estructura compleja y precisa.
• Personalización: Impresión de órganos personalizados para el paciente, utilizando sus propias células.
• Disponibilidad: Potencial para aumentar la oferta de órganos disponibles para trasplante.

Los principales desafíos en el campo de la impresión 3D:

• Materiales: Desarrollo de materiales biológicos adecuados para la impresión y el funcionamiento adecuado del órgano.
• Vasos sanguíneos: Creación de un sistema de vasos sanguíneos eficiente dentro del órgano impreso.
• Maduración: Creación de condiciones óptimas para el desarrollo del tejido impreso.

Trasplante de células madre:

Las células madre son células no diferenciadas con una alta capacidad de diferenciación. Estas células pueden desarrollarse en una amplia variedad de tipos celulares, lo que las convierte en una solución potencial para tratar diversas enfermedades.

Los desafíos que enfrenta el campo:

• Ingeniería de tejidos complejos: Creación de órganos con función completa, como un sistema de vasos sanguíneos y nervios. Hasta ahora, los científicos solo han logrado cultivar órganos relativamente simples, y aún falta un camino para crear órganos complejos con función completa.
• Rechazo inmunológico: Prevención del rechazo del órgano trasplantado por el sistema inmunológico del cuerpo. Una posible solución a este problema es cultivar órganos a partir de células genéticamente compatibles con el paciente, o usar medicamentos inmunosupresores.
• Promesas éticas: El cultivo de órganos humanos en laboratorio plantea complejas cuestiones éticas, como:
  • Asignación de órganos: ¿Cómo se determinará quién recibe un órgano trasplantado y quién permanece en la lista de espera?
  • Comercialización de órganos: ¿Estarán los órganos disponibles para todos, o solo para quienes puedan permitírselo?
  • Creación de "mascotas humanas": ¿Es apropiado cultivar órganos humanos para trasplante en animales?

El progreso científico en el campo:

En los últimos años, se ha producido un progreso significativo en el campo del cultivo de órganos. Los científicos han logrado cultivar en laboratorio órganos relativamente simples, como la vejiga urinaria y la uretra, e incluso trasplantarlos con éxito en pacientes. Asimismo, se han logrado avances significativos en el cultivo de tejidos más complejos, como el corazón y el hígado.

El futuro del cultivo de órganos:

Se espera que el campo del cultivo de órganos revolucione la medicina.
En el futuro, podría ser posible cultivar en laboratorio órganos y células para cada persona, de forma personalizada, y así curar enfermedades graves y mejorar la calidad de vida de millones de personas en todo el mundo.

Experimentos innovadores en el campo:

Ingeniería de tejidos:

• Un equipo de científicos de la Universidad Wake Forest (liderado por el Dr. Anthony Atala) logró cultivar una vejiga urinaria humana en laboratorio a partir de las propias células del paciente y trasplantarla con éxito en pacientes (2006).
• Un equipo de científicos del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa (investigación liderada por la Dra. Atlántida Raya-Rivera, realizada en la Ciudad de México) logró cultivar una uretra humana en laboratorio a partir de células de los pacientes y trasplantarla con éxito en cinco niños (2011).

Impresión 3D de órganos:

• Un equipo de científicos del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard logró imprimir en 3D túbulos renales humanos conectados a vasos sanguíneos, que simulan la función de absorción del riñón (2019).
• Un equipo de científicos de la Universidad de Tel Aviv logró imprimir en 3D un corazón humano diminuto del tamaño de una cereza, a partir de células de un paciente. Esto es solo una prueba de concepto: las células se contrajeron, pero el corazón aún no era capaz de bombear sangre (2019).
• Un equipo de científicos de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) logró cultivar a partir de células madre un organoide pulmonar tridimensional ("pulmón en un plato"), una estructura diminuta que simula los sacos de aire del pulmón (esto es cultivo de células, no impresión 3D).

Trasplante de células madre:

• Un equipo de científicos de Japón (Instituto RIKEN, liderado por la Dra. Masayo Takahashi) realizó en 2014 el primer trasplante mundial de células derivadas de células madre pluripotentes inducidas (iPS) en el ojo de un paciente con degeneración macular asociada a la edad (DMAE). El objetivo del ensayo era principalmente probar la seguridad, y logró detener la progresión del deterioro (no se demostró una mejora significativa en la visión).
• Un equipo de científicos de Estados Unidos logró trasplantar células madre en un paciente con parálisis de la médula espinal, con el objetivo de mejorar la función motora.
• En Estados Unidos (UCSF, liderado por la Dra. Tippi MacKenzie) se realizó el primer ensayo clínico mundial de trasplante de células madre en el útero en fetos que padecen talasemia alfa grave, utilizando células de la médula ósea de la madre. El ensayo (fase 1) demostró seguridad y viabilidad, pero no condujo a una cura completa de la enfermedad.

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Referencias:

https://newsroom.wakehealth.edu/news-releases/2006/04/wake-forest-physician-reports-first-human-recipients-of-laboratorygrown-organs
https://www.cnbc.com/2016/02/16/wake-forest-university-scientists-print-living-body-parts.html
https://school.wakehealth.edu/research/institutes-and-centers/wake-forest-institute-for-regenerative-medicine
https://healthland.time.com/2011/03/08/scientistis-grow-a-new-urethra-and-possibly-many-other-human-organs-in-the-lab/
https://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-5494600,00.html
https://wyss.harvard.edu/news/a-step-forward-in-building-functional-human-tissues/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/03/harvard-scientists-bioprint-3-d-kidney-tubules/
https://www.ft.com/content/5bb992ca-5390-11e4-929b-00144feab7de
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9537826/