En el artículo anterior en la sección de Tecnología, Las impresoras del siglo XXI, describimos cómo la fabricación de objetos sólidos tridimensionales está provocando una revolución en la fabricación de todo tipo de objetos mediante la tecnología denominada impresión 3D, la cual se ha ido incorporando poco a poco en diversos ámbitos, como la arquitectura, el diseño industrial e inclusive la medicina mediante la fabricación de prótesis. Esta tecnología avanza cada vez más rápido, al grado de que se están desarrollando actualmente técnicas de impresión de tejidos vivos, e inclusive órganos funcionales que pueden ser trasplantados en pacientes que los necesitan.

Las células madre y su potencial regenerador de tejidos

Las células madre son células que se encuentran en todos los organismos multicelulares (como nosotros) y que tienen la capacidad de dividirse y diferenciarse en diversos tipos de células especializadas (de tejidos como riñón, pulmón, músculo, hígado, etc.); pero también de autorrenovarse para producir más células madre. Actualmente, el estudio de estas células es llevado a cabo por varios grupos de investigadores alrededor del mundo, dado el potencial efecto benéfico que su manipulación puede tener para sanar ciertas enfermedades o producir tejidos para personas que los necesitan. De hecho el año pasado el premio Nobel de Medicina fue otorgado conjuntamente al británico John Gurdon y al japonés Shinya Yamanaka por sus descubrimientos sobre la reprogramación de las células, la línea de investigación de ambos profesores se centra en cómo las células maduras que conforman un organismo pueden reprogramarse para poder convertirse en cualquier tipo de tejido en el mismo organismo.

Cultivo y trasplante de tejidos

Las células madre se conocen ya desde la segunda mitad del siglo pasado, pero su manipulación y cultivo como tejidos funcionales con aplicaciones médicas es reciente, de hace algunos años apenas. Ahora bien, las células se pueden reproducir en condiciones de laboratorio, ¿pero de eso a formar tejidos y luego órganos?…

“Una buena forma de verlo es pensar que hay cuatro niveles de complejidad en el diseño” dice Anthony Atala, del Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest, uno de los líderes del campo. El primer nivel incluye el cultivo de órganos planos como la piel, que comprenden sólo unos pocos tipos de células. Lo siguiente son los tubos, como tráquea o vasos sanguíneos, con formas ligeramente más complejas y tipos más variados de células. El tercer nivel incluye órganos huecos con forma de saco, como la vejiga o el estómago, que a diferencia de los tubos, que sólo actúan como conductos para fluidos, estos tienen que realizar funciones a demanda como ampliarse, filtrar o secretar sustancias a medida que surje la situación.

Los científicos ya han modelado órganos cultivados en laboratorio de estas tres categorías: los cirujanos ya han implantado piel y cartílago artificial en miles de pacientes; las tráqueas sintéticas son ya una realidad también; vasos sanguíneos artificiales están pasando ensayos clínicos para pacientes en diálisis y para niños con problemas cardiacos congénitos. El mismo Atala ha trasplantado vejigas cultivadas en laboratorio en varios pacientes, el primero de los cuales ya ha vivido con su nuevo órgano durante más de una década.

Pero es el cuarto nivel estructural el que presenta mayor desafío: los órganos sólidos como los riñones, el corazón, los pulmones y el hígado. Éstos son más gruesos y cada uno tiene una arquitectura compleja, con muchos tipos diferentes de células y una extensa red de vasos sanguíneos para irrigarlos con oxígeno y nutrientes. De hecho la incorporación de estos vasos en los órganos en crecimiento, especialmente a la escala microscópica requerida, es un problema en el cual se sigue trabajando.

Sin embargo, no importa si se trata de órganos “nivel uno” o “nivel cuatro”, la premisa básica para su creación es la misma. Se necesita una fuente de células propias del paciente, que pueden proceder de sus propios órganos, de donde se obtendrán células madre, se reproducirán en el laboratorio y se reprogramarán para proporcionar un suministro de células bien diferenciadas capaces de formar tejidos.

Así se visualiza la creación de un cuerpo completo a partir tan sólo de ADN en el siglo XXIII en el clásico El quinto elemento (The fifth element, Luc Besson story and screenplay, 1997).

¿Y dónde está la impresora?

Bueno, pues recientemente un equipo de la Universidad Heriot-Watt en Edimburgo llevó a cabo la primera impresión 3D de células madre humanas en un trabajo es dirigido por el doctor Will Wanmiao Shu. Esta es la primera vez que se hace uso de las células madre como una forma de tinta, imprimiendo de forma controlada estructuras tridimensionales con ellas.

La impresora, construida a partir de un equipo de impresión antiguo consta de una válvula que es capaz de crear diferentes patrones programables a partir de diferentes bio-tintas las cuales gotean de forma independiente y de una manera lo suficientemente precisa como para producir micro-tejido en 3D.

El equipo imprimió pequeñas gotas de bio-tinta que contenían, cada una, hasta cinco células de riñón de embrión humano y una línea celular embrionaria. Tras el ensayo reportaron que el 99% de las células ensayadas estaban vivas, mantenían su capacidad de diferenciarse y eran viables para replicarse. El equipo de investigación ha explicado que después de la exitosa impresión 3D de células madre humanas, en el futuro próximo buscarán construir órganos individuales a partir de células “programables” y que éstos puedan trasplantarse.

Todos los experimentos de laboratorio mencionados anteriormente muestran otro interesante ejemplo de hasta dónde podemos llegar gracias a la impresión 3D, y más aún, podemos visualizar que a largo plazo, el constante avance de esta tecnología permitirá crear órganos viables a partir de células del propio paciente, podemos darnos cuenta que estamos cada vez más cerca de la fabricación masiva de tejidos y órganos mediante la adaptación del cultivo de células a impresoras 3D y, seguramente, en el futuro se eliminará la necesidad de la donación de órganos, los problemas de inmunosupresión y los problemas de rechazos de trasplante a los que actualmente se enfrentan los pacientes.