martes, 30 de julio de 2013

AVANCES EN MEDICINA REGENERATIVA (III)

CREAN ÓRGANOS CON AZÚCARES

Para construir órganos voluminosos que funcionen con eficacia se necesita hallar la manera de incorporar en ellos vasos sanguíneos.



La audiencia de las charlas organizadas por la empresa estadounidense Tecnología, Entretenimiento, Diseño (TED) está acostumbrada a verse cautivada al conocer los distintos avances tecnológicos. Sin embargo, incluso para los estándares de TED, la presentación de 2011 de Anthony Atala, del Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest, despertó un gran asombro. Sin que en un primer momento el público los viese, varios viales y toberas bullían con una misteriosa actividad por detrás de Atala mientras éste se hallaba en el escenario. Transcurridos unos dos tercios de la charla, una cámara enfocó la armadura interna del dispositivo. Este zigzagueaba de un lado a otro mientras depositaba sobre una plataforma central, capa a capa, células cultivadas en el laboratorio, basando su actividad en rerproducciones digitales tridimensionales muy precisas. 


El proceso, conocido como impresión en 3D, se asemeja al funcionamiento de las impresoras de inyección de tinta. Pero en este caso, en lugar de tinta, la máquina utiliza una solución de células vivas. Al final, el dispositivo de Atala produjo, capa a capa, un riñón de tamaño natural fabricado con células humanas, del mismo modo que una impresora personal 3D crea una pieza de repuesto de plástico para una cafetera.


Un método rápido y sencillo de crear órganos sería bien recibido por los más de 105.000 estadounidenses que esperan la donación de órganos. Pero el riñón impreso que Atala presentó hace dos años no estaba listo para implantarse. Le faltaban dos elementos cruciales: vasos sanguíneos funcionales y túbulos para la recogida de la orina. Sin estos u otros canales internos, los órganos voluminosos como el riñón no tienen modo alguno de obtener los nutrientes esenciales y el oxígeno, o de eliminar los productos de desecho de las células situadas en su interior, con lo que estas mueren rápidamente. Se ha intentado imprimir esas estructuras mediante la inyección de capas sucesivas de células en el órgano dejando huecos en los lugares correctos en cada nivel. Pero el método produjo conductos que colapsaban y uniones que se rompían al someterlas a la presión de la sangre bombeada por el corazón.


Un equipo de la Universidad de Pensilvania y del Instituto de Tecnología de Massachusetts ha propuesto una solución al problema. En lugar de imprimir un órgano y sus vasos internos a la vez, se imprime primero un molde soluble de los vasos, a base de azúcares y, a continuación, se incorporan las células adecuadas alrededor del molde, que deja tras de sí los conductos estructuralmente sólidos capaces de hacer frente a las diferentes presiones sanguíneas que existen en el cuerpo.



UN POSTRE INSPIRADOR

La idea provino de Jordan Miller, uno de los investigadores principales del proyecto y becario posdoctoral en la Universidad de Pensilvalnia, quien se inspiró en dos experiencias personales. Primero, al visitar una muestra de cadáveres y órganos humanos conservados en una exhibición de Body Worlds, vio que los preparadores habían expuesto la estructura entrelazada de los vasos sanguíneos de un órgano de gran tamaño mediante la inyección de silicona en la vasculatura, seguida de la disolución del tejido orgánico restante.



Miller planteó la posibilidad de crear un molde sintético sobre el que construir los vasos internos. Pero los productos químicos necesarios para disolver la silicona podrían resultar tóxicos para las células vivas que iban a introducirse. La solución a este problema se le ocurrió cuando, en un restaurante de lujo, se le sirvió un postre con una elegante malla de azúcar caramelizada. ¿Por qué no crear un molde de azúcares, que podrían lavarse con agua, para los vasos sanguíneos y otras cámaras de un órgano?

Miller y sus colaboradores modificaron una impresora 3D de código abierto llamada RepRap para imprimir una mezcla de azúcares en forma de filamentos de varios tamaños, desde un milímetro hasta 100 micras de diámetro.



El equipo utilizó los filamentos para crear una versión idealizada de una red vascular y recubrió el armazón resultante con un polímero biocompatible para evitar que los azúcares se disolviesen demasiado pronto. A continuación, los científicos encerraron todo el conjunto en una matriz extracelular con células endoteliales del tipo de las que revisten los vasos sanguíneos. Por último, eliminaron el azúcar con agua y obtuvieron así los resistentes vasos sanguíneos compuestos por células vivas.

Luego vino el turno de la células. Al igual que lo hacen en el cuerpo, estas empezaron a remodelar los vasos sanguíneos en los que se hallaban, lo que dio más fuerza a la estructura general e incluso originó capilares diminutos en los extremos de los vasos mayores. Al permitir que las células regeneren pequeñas partes, afirma Christopher Chen, director del Laboratorio de Microfabricación de Tejidos en la Universidad de Pensilvania, no hay necesidad de reproducir la arquitectura a la perfección. En esencia, el cuerpo puede encargarse de los detalles más finos en un órgano casi completo, con lo que este se vuelve totalmente funcional.

Hasta el momento, Chen y Miller y sus colaboradores han creado fragmentos de tejido hepático que contienen vasos sanguíneos moldeados con azúcar y los han implantado en roedores para demostrar que se integrarán con el sistema vascular de los animales. Tal pequeña cantidad de tejido no puede sustituir la función de un órgano entero, pero cabe imaginar que la incorporación de células hepáticas, renales o pancreáticas a una red vascular completa nos llevará algún día a la impresión en 3D de partes más grandes del cuerpo. 

domingo, 28 de julio de 2013

AVANCES EN MEDICINA REGENERATIVA (II)

UN SOPORTE BIOLÓGICO

La matriz extracelular, un adhesivo natural, podría utilizarse para regenerar músculos, tendones y órganos.



Durante años, los biólogos estuvieron tan centrados en el funcionamiento interno de las células que casi habían ignorado el sistema de adhesión que las mantiene juntas en el organismo, ya sea humano o no. Pero cuando se empezó a estudiar con mayor profundidad la materia que hay entre las células, conocida como matriz extracelular, comenzaron a darse cuenta del enorme dinamismo del conjunto. La matriz no solo proporciona el andamiaje biológico necesario para evitar que los tejidos y los órganos de los animales se desintegren en una masa pegajosa, sino que además libera señales moleculares que, entre otras funciones, ayudan al organismo a curarse a sí mismo.


Basándose en ese conocimiento, los investigadores están desarrollando una nueva aproximación a la ingeniería de tejidos, en la que el poder regenerativo del propio andamiaje de la naturaleza cumple una función estelar. La idea consiste en cultivar matriz extracelular de cerdos, por ejemplo, e implantarla en pacientes que sufren una lesión interna importante (después de extraer los componentes que desencadenarían un ataque destructivo del sistema inmunitario del receptor). La matriz recién colocada liberaría moléculas que atraerían a las células madre semiespecializadas del resto del cuerpo para que rellenasen los diversos nichos y se diferenciasen en el tipo de tejido que debería existir allí. Por último, el enrejado implantado se reemplazaría por proteínas y fibras humanas, con lo que se eliminaría cualquier rastro de su origen animal.


Esa visión se está convirtiendo en realidad a un ritmo increíblemente rápido. Hace menos de una década, los cirujanos empezaron a utilizar la matriz extracelular para reparar hernias abdominales, puntos débiles en los músculos y en el tejido de sostén que rodea los intestinos. En la actualidad, están intentando hacer crecer nuevos tendones dentro del cuerpo y, en un futuro no muy lejano, esperan regenerar los principales grupos musculares e incluso órganos. No es de extrañar que el Departamento de Defensa de los EEUU., con una experiencia desalentadora en el cuidado de soldados que presentan heridas en el pecho, brazos y piernas debido a artefactos explosivos en Irak y Afganistán, financiara muchas de estas investigaciones con decenas de millones de dólares.

CICATRIZACIÓN O REGENERACIÓN

Pocos investigadores se hallan tan bien preparados para impulsar el campo como Stephen Badylak, director adjunto del Instituto McGowan de Medicina Regenerativa en la Universidad de Pittsburgh.


Badylak cree que la matriz extracelular podría resultar de especial interés para los supervivientes de explosiones. El cuerpo de los mamíferos, señala, muestra un número reducido de respuestas ante una lesión. Las heridas pequeñas, como los cortes con el papel, desaparecen después de que las células inflamatorias inunden la zona, combatan la infección y eliminen el tejido dañado. En poco tiempo se produce la regeneración completa de la piel normal (sin cicatriz). Sin embargo, los soldados que sobreviven a un atentado en carretera pueden perder del 20 al 80 por ciento de la masa de un grupo muscular en particular. En estos casos graves, apunta el investigador, la lesión supera la capacidad de reparación del organismo y la brecha se llena con tejido cicatricial denso. Ello permite la conexión entre las partes restantes del tejido, pero también provoca una pérdida de función. En tal situación, la mejor opción tal vez consista en amputar el miembro y colocar al herido una prótesis que le proporcione una mayor amplitud de movimiento.


Badylak y sus colaboradores están empleando matriz extracelular para tratar a 80 de esos pacientes con lesiones musculares graves acontecidas al menos seis meses atrás. Después de un régimen intensivo de fisioterapia, diseñado para asegurar que el cuerpo ha sustituido por sí solo tanto músculo como puede, los cirujanos reabren las viejas heridas, eliminan el tejido cicatricial que se ha formado, colocan el andamiaje biológico y lo adjuntan al tejido cercano sano.


Los resultados preliminares resultan prometedores. Las biopsias de músculo tratado han mostrado los mismos cambios bioquímicos que los investigadores observaron cuando desarrollaron la técnica en animales. Si nada se tuerce, Badylak espera publicar los resultados de los primeros cinco pacientes en los próximos meses. 

martes, 23 de julio de 2013

AVANCES EN MEDICINA REGENERATIVA (I)

AVANCES EN MEDICINA REGENERATIVA


SÍNTESIS


El campo emergente de la medicina regenerativa podría revolucionar el tratamiento de las enfermedades cardíacas y los trastornos neurodegenerativos, resolver el problema de la escasez de donantes de órganos y restaurar por completo músculos, tendones y otros tejidos dañados.

Se está descubriendo que la clave consiste en ofrecer al cuerpo una especie de equipo básico, formado por varias proteínas, fibras o células, o en clonar las células madre semiespecializadas presentes en los pacientes adultos, y permitir que el organismo tome el control a partir de entonces.

Estas intervenciones permiten que el organismo regenere el tipo y la cantidad de tejido necesario, algo que no podría hacer por sí solo. Los tratamientos ya han reparado algunos corazones enfermos y han ayudado a los cirujanos a regenerar músculos dañados.

EL FUTURO DE LA REPARACIÓN TISULAR

Único entre los órganos más grandes del cuerpo humano, el hígado posee una notable capacidad para recuperarse de una lesión. Si se pierde una parte de él en un accidente o durante una intervención quirúrgica, el órgano puede recuperar por completo el tamaño y función, siempre y cuando al menos una cuarta parte permanezca inalterada y no presente cicatrices. Por desgracia, esta capacidad de autorregeneración no existe en otras partes del cuerpo. Una salamandra puede regenerar su cola, pero una persona no puede recuperar una pierna amputada o renovar las secciones del cerebro perdidas a causa de la enfermedad de Alzhéimer. Para lograr tal proeza, los humanos debemos recurrir a otras estrategias. Tal es la promesa de un campo de investigación en auge: la medicina regenerativa.

Las células madre, células progenitoras que pueden dar lugar a una variedad de tejidos, cumplen una importante función en ese empeño. Los científicos están aprendiendo a mezclar una serie de moléculas de glúcidos, proteínas y fibras para crear un entorno en el que las células madre puedan desarrollarse y formar el tejido de reemplazo. Se han realizado grandes progresos en la sustitución de tejido cardíaco dañado y en la reconstrucción de músculo, y también se han dado los primeros pasos en la creación de células nerviosas. Algunos de estos avances podrían salir del laboratorio y convertirse en tratamientos en pocos años; otros tal vez tarden décadas en hacerlo o, en última instancia, fracasen. 



CAMBIO DE CORAZÓN

Las células madre pueden transformar el tratamiento médico de la insuficiencia cardíaca.



A principios de 2009, Mike Jones compró un periódico en una tienda de oportunidades de Louisville, en Kentucky, y leyó acerca de un médico que quería probar algo sin precedentes: curar un corazón enfermo mediante el cultivo y la multiplicación de las células madre del propio órgano, unas células inmaduras con poderes regenerativos. Jones, que tenía entonces 65 años, sufría insuficiencia cardíaca congestiva: su corazón ya no bombeaba la sangre de manera eficiente. Se puso en contacto con el médico, Roberto Bolli, de la Universidad de Louisville, y en julio de ese mismo año, Jones se convirtió en la primera persona del mundo en recibir una perfusión de sus propias células madre cardíacas.



Antes del tratamiento, Jones apenas podía subir escaleras; hoy, en cambio, se siente lo bastante bien como para cortar la leña y aclarar las ramas caídas de los árboles de su propiedad, de unas cuatro hectáreas. Su fracción de eyección, una medida de la cantidad de sangre que bombea el corazón de una cámara a otra, aumentó del 20 al 40 por ciento en los dos años siguientes al tratamiento experimental. Se trata de un valor inferior al normal (que varía del 55 al 70 por ciento), pero sigue siendo una mejora notable.



Desde entonces, cientos de pacientes con cardiopatías se benefician de la inyección de células madre extraídas de su propio corazón o médula ósea, así como de donantes no emparentados con ellos. Se cree que esas células se convierten en tejidos nuevos y estimulan la división de otras. Sin embargo, todavía siguen sin respuesta numerosas preguntas. Se desconoce cuál de los diferentes tipos de células madre funciona mejor y el modo exacto de prepararlas antes del tratamiento. Pero se están realizando avances rápidos. En opinión de Bolli, nos hallamos en los albores de una de las mayores revoluciones de la medicina: "Aunque todavía tenemos que perfeccionarla, la técnica funciona. En el futuro, tomaremos nuestras propias células madre, las haremos crecer y las mantendremos en congeladores hasta que las necesitemos".



ESTIMULAR LA REGENERACIÓN



Durante las últimas cuatro décadas, se ha considerado el corazón humano como una bomba viviente, poderosa y vulnerable a la vez. Debido a que el órgano adulto parecía incapaz de regenerar sus células, se pensaba que cualquier muerte celular lo debilitaría de forma irrevocable. Pero de vez en cuando, algún científico vislumbraba al microscopio células cardíacas adultas dividiéndose. La datación por carbono de tejido conservado ha confirmado desde entonces que el corazón adulto renueva sus células durante toda la vida, aunque este recambio es limitado en comparación con el del intestino o la piel. En la actualidad, se estima que cada año regenera el 1% o más de sus entre cuatro y cinco mil millones de células musculares. Se ha descubierto que estas se originan por la multiplicación de las células maduras y de células madre presentes en el corazón.


Las células madre permiten que el órgano se repare poco a poco a sí mismo. Después de un infarto de miocardio, maduran en forma de nuevas células cardíacas y estimulan la división de las existentes. Sin embargo, esta autorreparación solo dura una semana o dos, un tiempo insuficiente para reemplazar los más de mil millones de células que se pierden en un infarto. Como resultado, se forma una gran zona de tejido cicatricial inflexible. Al igual que un neumático de coche sobresale cuando se ha dañado, el corazón humano se hincha donde se han producido las cicatrices. Así, lo que era un órgano eficiente se convierte en una bomba débil e ineficaz.


El tratamiento con células madre consiste en administrar al corazón una dosis enorme de sus propias células reparadoras. Los estudios en animales indican que algunas células madre inyectadas maduran y se convierten en adultas, pero la mayoría de ellas mueren en el plazo de unos pocos días. Sin embargo, antes de morir segregan una mezcla de proteínas que empujan a las células sanas a dividirse, así como enzimas que rompen las fibras de colágeno del tejido cicatricial y crean espacio para nuevo músculo cardíaco.



Hasta ahora, solo se han realizado algunos ensayos pequeños con humanos. Bolli y sus colaboradores cultivaron un fragmento de tejido cardíaco de 23 pacientes con lesión o insuficiencia cardíaca, Jones entre ellos. Los investigadores hicieron crecer células del corazón en placas de Petri y separaron las células madre mediante la búsqueda de un marcador proteico específico de estas últimas, la molécula c-kit. A continuación, esperaron a que las células madre crearan millones de copias de sí mismas.


Dieciséis pacientes recibieron un millón de esas células a tra vés de un catéter colocado en la arteria coronaria, y siete se acogieron al tratamiento estándar (principalmente, betabloqueantes y diuréticos). Cuatro meses después, la fracción de eyección había aumentado desde una media inicial del 30,3 por ciento hasta el 38,5 por ciento en los pacientes que recibieron células madre, pero apenas había cambiado en el grupo de control (del 30,1 al 30,2 por ciento). Un año después del tratamiento, el peso medio del tejido cicatricial en los pacientes tratados con células madre había disminuido un 30 por ciento.


En un ensayo similar, Eduardo Marbán, del Instituto del Corazón Cedros-Sinaí de Los Ángeles, y sus colaboradores trataron a 17 pacientes con sus propias células madre y a otros 8 con el método tradicional. Marbán y su equipo utilizaron pinzas controladas de forma remota para prender fragmentos de tejido cardíaco (del tamaño de un grano de pimienta) y hacerlo crecer en el laboratorio. Mientras que Bolli había aislado células madre "verdaderas" que producían c-kit al cultivarlas en el laboratorio, Marbán extrajo una mezcla más diversa de células, algunas de las cuales podían tener un efecto más limitado. Los pacientes que recibieron la atención estándar no mostraron un cambio estadísticamente significativo en la masa cicatricial o en el tejido cardíaco sano. Los tratados con células madre presentaron una disminución del 42 por ciento en la masa cicatricial y un aumento de 13 gramos en el tejido sano al cabo de un año, aunque su fracción de eyección apenas mejoró.



Otros investigadores han intentado tratar la insuficiencia cardíaca con células madre mesenquimatosas derivadas de la médula ósea, que resultan de interés porque presentan menor tendencia a volverse cancerosas en comparación con otras células madre. Las células mesenquimatosas segregan factores de crecimiento que promueven la multiplicación de las células cercanas y pueden convertirse en músculo cardíaco en el entorno adecuado. Hasta el momento, los resultados del ensayo no han sido uniformes: mientras que algunos pacientes mejoraron de forma clara, otros apenas mostraron beneficios.



Joshua Hare, de la Universidad de Miami, se preguntó si las personas con cardiopatías tolerarían las células madre de la médula ósea donadas por un extraño o las rechazarían. Administró a 15 pacientes inyecciones de sus propias células, y a otros 15 les inyectó las de donantes. Trece meses después, ninguno de los pacientes de ambos grupos había rechazado las células madre; en todos ellos, el tejido cicatricial había disminuido en más de un tercio. Las personas de edad avanzada pueden sacar mayor provecho de las células madre de donantes jóvenes que de las propias, porque las células más jóvenes no han sufrido tanto desgaste.

"Hasta ahora, no teníamos ninguna manera de eliminar la cicatriz que aparece después de un infarto", observa Hare. "Demostrar que se pueden reducir las cicatrices y sustituirlas por tejido nuevo es el punto de partida que hemos estado buscando. Creo que ello transformará el tratamiento de la insuficiencia cardíaca".