La idea de la ingeniería de tejidos surgió hace poco más de 30 años, en 1988. Los dos hombres a quienes se atribuye el trabajo pionero en este campo son Joseph Vacanti, cirujano, y Robert Langer, profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Sin embargo, el término “ingeniería de tejidos” no se convirtió en una palabra de moda hasta casi una década después, cuando se dio a conocer el célebre “ratón de Vacanti”: el ratón con una oreja humana en la espalda.
El ratón provocó el rechazo de activistas por los derechos de los animales y el temor a la ingeniería genética de muchas personas que no comprendían la ciencia. Para otras muchas, la reacción fue de entusiasmo y asombro. “Si podemos cultivar una oreja humana, ¿por qué no un riñón, un hígado o un ojo?”. Así surgió una era de la ingeniería de tejidos llena de esperanza y, también, de expectativas exageradas.
El ratón de Vacanti sigue siendo impresionante hoy en día y representó un gran avance para la ciencia. Sin embargo, muchas personas aún no entienden exactamente lo que hicieron los investigadores. La oreja era, en realidad, una malla de plástico biodegradable que se moldeó con la forma deseada, se espolvoreó con células de cartílago obtenidas de una vaca e se implantó bajo la piel del ratón. Los investigadores retiraron las “orejas” tras 12 semanas y comprobaron que se había generado algo de cartílago nuevo dentro de la estructura.
La premisa básica de la ingeniería de tejidos sigue siendo la misma en la actualidad. En términos generales, se forma un material biodegradable con la forma de un órgano o tejido objetivo; esta estructura suele denominarse “andamio”. A continuación, el andamio se siembra con los tipos celulares adecuados. Tras la implantación o la maduración en laboratorio, se espera que el andamio se degrade lentamente y que, a medida que lo haga, las células se organicen y reconstruyan un órgano o tejido funcional.
Sin embargo, pese a 30 años de investigación dedicada, seguimos dependiendo de la donación de órganos en lugar de cultivar riñones, hígados y corazones en laboratorio. Así pues, la pregunta es: ¿qué aplicaciones reales ha producido esta investigación?
Entrevistamos a la profesora Andrea O’Connor, experta en ingeniería de tejidos y directora del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Melbourne, para averiguarlo.
Daniel Heath: ¿Ha tenido la ingeniería de tejidos algún impacto clínico real?
Andrea O'Connor: Oh, por supuesto. Dos de los ejemplos más exitosos son INTEGRA y Osteopore. INTEGRA se utiliza para ayudar a reparar la piel. El material se coloca sobre una zona de piel dañada, normalmente tras una quemadura. El material tiene dos capas. La capa interna, la que está en contacto con el tejido dañado, es una matriz de colágeno. El colágeno ayuda a que las nuevas células cutáneas y los vasos sanguíneos crezcan en la lesión para favorecer la reparación. La capa externa es una película no degradable que actúa como barrera para ayudar a prevenir la infección y la pérdida de fluidos desde la zona lesionada. Un par de semanas después del tratamiento, la capa externa se retira, revelando una dermis [la capa interna de la piel] recién regenerada. Osteopore es otro caso de éxito. Se trata de un material biodegradable poroso que se utiliza para reparar el hueso durante la cirugía craneofacial.
DH: ¿Cuáles son los principales obstáculos que impiden que la ingeniería de tejidos tenga un mayor impacto y cómo pueden abordarse estos desafíos?
AO: En mi opinión, uno de los mayores desafíos es la vascularización. En el organismo, las células de casi todos nuestros tejidos se encuentran a unos 200 micrómetros de un vaso sanguíneo. Estos vasos son fundamentales para la supervivencia de las células. Sin ellos, las células no reciben suficiente oxígeno ni nutrientes y mueren. 200 micrómetros es una distancia muy corta; estamos hablando del grosor de unos pocos cabellos humanos. Los investigadores han llegado a ser bastante buenos en la ingeniería de tejidos de laboratorio que contienen una red de vasos sanguíneos. Sin embargo, cuando implantamos estas estructuras, los vasos no logran conectarse con los vasos sanguíneos del paciente con la suficiente rapidez. Esto significa que el tejido que tanto nos costó construir en el laboratorio puede no sobrevivir al proceso de implantación.
Creo que la impresión 3D y tecnologías similares ayudarán realmente a responder estas preguntas. Muchos investigadores de todo el mundo están estudiando la fabricación de estructuras que contengan canales vasculares preformados que puedan conectarse rápidamente a un suministro sanguíneo. Confío en que esto nos permita construir estructuras de ingeniería de tejidos más grandes y con mejores resultados.
Afirmó que existen otros desafíos, como obtener el tipo y el número adecuados de células necesarias para poblar el andamio.
AO: Si lo que se pretende es cultivar un riñón, por ejemplo, se necesita un gran número de los tipos celulares que se encuentran en el riñón. Pero ¿de dónde se obtienen? ¡A la mayoría de la gente le tienen bastante apego a sus riñones! Además, en un riñón hay muchos tipos diferentes de células, que están organizadas en estructuras muy complejas, y sin esa estructura, un riñón obtenido mediante ingeniería de tejidos no funcionaría correctamente.
Actualmente, muchas personas estudian la forma de aislar células madre de un paciente, cultivarlas hasta obtener grandes cantidades, diferenciarlas en los tipos celulares adecuados y, a continuación, utilizar estas células para poblar el andamio de ingeniería de tejidos. También confío en que la impresión 3D desempeñe un papel en la organización de estas células en las estructuras adecuadas, de modo que podamos construir tejidos más funcionales.
Otros grandes obstáculos que ralentizan la implementación de la ingeniería de tejidos en la clínica son de carácter normativo y comercial. Las nuevas tecnologías deben superar muchos años de ensayos clínicos. Debemos asegurarnos de que estos tratamientos son seguros y beneficiosos antes de poder utilizarlos de forma habitual como terapia. Sin embargo, estas rigurosas pruebas ralentizan la rapidez con la que los nuevos tratamientos pueden llegar a la población general.
Además, estos ensayos clínicos cuestan millones de dólares. Para hacerlo posible, hay que lograr que una gran empresa o inversores de capital riesgo inviertan en el desarrollo de la tecnología. Muchos avances muy prometedores no consiguen financiación suficiente para llevar la invención hasta la clínica. Llamamos “valle de la muerte” a la etapa que transcurre entre el desarrollo en laboratorio y los ensayos clínicos, y muchas tecnologías no logran atravesar ese valle.
DH: ¿Cuál es el estado actual de la técnica en este campo y hacia dónde evolucionará la ingeniería de tejidos en los próximos cinco años?
AO: Además de los esfuerzos por seguir diseñando órganos o tejidos completos con fines terapéuticos, los organoides y los sistemas microfisiológicos son áreas de desarrollo muy interesantes. Aunque resulta difícil generar un riñón completo y otros órganos, podemos cultivar versiones más pequeñas de ellos en laboratorio que reproducen algunas de sus funciones clave.
Muchos grupos de investigación están conectando estos organoides mediante microfluídica para crear algo que se aproxima a algunos aspectos de un “cuerpo humano en un chip”. Estos sistemas tienen un gran potencial en los ámbitos del cribado de fármacos y la medicina personalizada.
Actualmente, los fármacos siguen probándose en animales. Sin embargo, esto es éticamente difícil, y es bien sabido que la mayoría de los animales no responden a muchos fármacos de la misma manera que los seres humanos. Aquí tenemos el potencial de crear plataformas que permitan cribar fármacos en un sistema muy similar al humano antes de probarlos en una persona. Es probable que esto nos ayude a reducir el número de experimentos con animales necesarios y a obtener información mucho mejor sobre cómo interactúa un fármaco con la fisiología humana.
Treinta años son un periodo breve en el desarrollo de un campo científico completamente nuevo, especialmente uno que opera en el ámbito médico, complejo y muy regulado. Hasta la fecha, los avances en ingeniería de tejidos se han trasladado con gran éxito del laboratorio a la clínica, y miles de personas se han beneficiado.
Con la investigación continuada, el campo seguirá madurando y nuevos tratamientos muy prometedores llegarán a la práctica clínica. Sin embargo, para ello será necesario mantener la financiación en este ámbito científico, los esfuerzos coordinados de científicos e ingenieros de talento para abordar los desafíos pendientes del campo y el respaldo de la industria a estas tecnologías para asegurarse de que superan con éxito el valle de la muerte tecnológica.
