Las bioimpresoras abren el camino a la creación de órganos en 3D

El corazón que ha sufrido un infarto queda marcado para siempre. Aunque el paciente se recupere, las células de la parte que se vio privada de irrigación y se quedó sin oxígeno murieron y jamás volverán a la vida. A diferencia de otros tejidos, no se forman nuevas células cardiacas. En los casos más graves no habrá más remedio que acudir a un trasplante.

En los últimos años, sin embargo, empieza a vislumbrarse la posibilidad de crear tejidos de reemplazo o incluso órganos completos gracias al desarrollo de nuevas tecnologías como son las bioimpresoras en tres dimensiones (3D). "Si los avances siguen a este ritmo no es descabellado pensar que a corto plazo podremos imprimir tejidos aptos para trasplantes", explica Núria Montserrat, investigadora del Institut de Bioenginyeria de Catalunya (Ibec). Guardando las distancias, como explica Montserrat, las bioimpresoras se convierten en una especie de "manga pastelera" que perCultivos de células hepáticas en el Institut de Bioenginyeria de Catalunya (Ibec), en Barcelona.mite colocar células en tres dimensiones y, si se dispone de un molde adecuado, crear formas.

El peso de las biotintas

Disponer de las células no es el principal escollo puesto que tecnologías clásicas como la citometría de flujo y los marcadores por fluorescencia permiten aislar millones de células y seleccionar los tipos que son necesarios para cada tipo de órgano. Sin embargo, para lograr las estructuras en 3D es necesario mezclar células madre con diversos materiales (factores de crecimiento y otras moléculas) que favorecen la unión e incluso incentivan la posterior especialización, ilustra Montserrat. Son lo que se conoce como biotintas. "Conceptualmente -añade-, en las bioimpresoras es como si cambiásemos la tinta por células, pero mezcladas con algo que les confiere viscosidad". Las tintas no cambian el destino de la célula.

Núria Montserrat, en las instalaciones del IBEC en Barcelona / ALBERT BERTRAN

La bióloga Núria Montserrat, que dirige en el Ibec un grupo propio sobre células madre pluripotentes, trabaja en esta línea para conseguir crear injertos cardiacos que puedan sustituir las zonas muertas de los corazones infartados. También desarrolla una línea similar con tejidos de riñón. Gran parte de las investigaciones están sufragadas por una beca Strarting Grant del European Research Council (ERC).

Desde hace años se cultiva piel y cartílago, por ejemplo, pero los órganos funcionales son un paso más allá. "Actualmente podemos imprimir una oreja de una sola pieza, puesto que es una estructura formada fundamentalmente por cartílago y que carece casi de vasos sanguíneos -dice la investigadora-, pero la cosa se complica cuando queremos imprimir una estructura parecida al corazón, que alberga cuatro tipos celulares distintos (cardiomiocitos, fibroblastos cardiacos, células endoteliales y células vasculares) con diversas funciones y complejos mecanismos mecánicos y eléctricos.

El corazón, además, está compuesto por un entramado de vasos sanguíneos que complican todavía más el poder reproducirlo en un laboratorio". De hecho, como explica Montserrat, uno de los restos de las investigaciones es lograr la correcta vascularización de los tejidos, la conexión de los vasos.

Para conseguir los andamiajes donde colocar las células, una de las opciones es mediante un proceso conocido como descelularización. "Eliminamos todas las células de un órgano y nos quedamos únicamente con la matriz, la estructura inerte que las sostiene. Es como si fuera una esponja seca con colágeno y elastina", dice Montserrat. Los moldes se pueden obtener de donantes fallecidos. Asimismo, un andamiaje similar se puede lograr procesando los materiales que forman los órganos descelularizados y colocándolos en una bioimpresora programada para crear una nueva estructura en 3D. Si el material es biodegradable, una vez se deteriora quedan las células con la forma deseada.

En este andamiaje se pueden cultivar células pluripotentes, que son aquellas células que aún no tienen una función definida y, por lo tanto, se las puede guiar para que se diferencien en el tipo celular que interesa.

En un estudio realizado por investigadores del IBEC, en colaboración con el Hospital Gregorio Marañón de Madrid y dos grupos estadounidenses, se comprobó que las células madre colocadas dentro de una matriz descelularizada de corazón humano mostraban un mayor grado de diferenciación cardiaca en comparación con las células puestas simplemente en placas de cultivo. Es sorprendente observar cómo los cultivos cardiacos, que laten en las placas de petri, mantienen esas propiedadades cuando son dispuestas en moldes de 3D. 

Células del propio paciente para que sean compatibles

Además de la utilización de células madre de embriones sobrantes, cada vez está más perfeccionada la obtención de células madre a partir de tejidos del propio paciente. Son conocidas cómo células madre pluripotentes inducidas (iPS) y se logran artificialmente mediante la reprogramación de células adultas diferenciadas.

Estas células pluripotentes se diferenciarían en células cardiacas y en menos de un mes se podrían tener injertos funcionales, lo que evitaría el rechazo que sufren muchos de los pacientes trasplantados.  Al ser sus propias células, el sistema inmune del cuerpo no lucharía contra ellas.