(CNN) — ¿Qué pasaría si los médicos pudieran simplemente imprimir un riñón, utilizando células del paciente, en lugar de tener que encontrar un donante compatible y esperar que el cuerpo del paciente no rechace el riñón trasplantado?
Lo más pronto que podría ocurrir es dentro de una década, gracias a la bioimpresión de órganos en 3D, según Jennifer Lewis, profesora del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada en la Biología de la Universidad de Harvard. La bioimpresión de órganos es el uso de las tecnologías de impresión en 3D para ensamblar múltiples tipos de células, factores de crecimiento y biomateriales de una manera capa por capa para producir órganos bioartificiales que idealmente imitan a sus homólogos naturales, según un estudio de 2019.
Este tipo de medicina regenerativa está en fase de desarrollo, y el motor de esta innovación es la “necesidad humana real”, dijo Lewis.
En Estados Unidos, hay 106.075 hombres, mujeres y niños en la lista nacional de espera de trasplantes de órganos al de 10 de junio, según la Administración de Recursos y Servicios de Salud (HRSA, por sus siglas en inglés). Sin embargo, los donantes vivos solo aportan una media de 6.000 órganos al año, y hay unos 8.000 donantes fallecidos al año que aportan una media de 3,5 órganos cada uno.
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La causa de esta discrepancia es “una combinación de personas que sufren eventos de salud catastróficos, pero sus órganos no son de suficiente calidad para donar, o no están en la lista de donantes de órganos para empezar, y el hecho de que en realidad es muy difícil encontrar una buena compatibilidad” para que el cuerpo del paciente no rechace el órgano trasplantado, dijo Lewis.
Y aunque los donantes vivos son una opción, “operar a alguien que no lo necesita” es un gran riesgo, dijo el Dr. Anthony Atala, director del Instituto de Medicina Regenerativa de Wake Forest. “Por lo tanto, los donantes vivos emparentados no suelen ser la opción preferida, porque entonces le estás quitando un órgano a otra persona que podría necesitarlo, especialmente ahora que envejecemos por más tiempo”.
Atala y sus colegas fueron los responsables de cultivar vejigas humanas en un laboratorio de forma manual en 2006, y de implantar un órgano interno complicado en personas por primera vez, salvando la vida de tres niños a los que implantaron las vejigas.
Un andamiaje de vejiga es sembrado con células en el Instituto de Medicina Regenerativa de Wake Forest.
Cada día mueren 17 personas en espera de un trasplante de órganos, según la Administración de Recursos y Servicios de Salud. Y cada nueve minutos se añade otra persona a la lista de espera, según la agencia. Más del 90% de las personas en la lista de trasplantes en 2021 necesitaban un riñón.
“Cerca de un millón de personas en todo el mundo necesitan un riñón. Entonces tienen insuficiencia renal terminal y tienen que ir a diálisis”, dijo Lewis. “Una vez que entras en diálisis, tienes esencialmente cinco años de vida, y cada año, tu tasa de mortalidad aumenta en un 15%. La diálisis es muy dura para el cuerpo. Así que esto es realmente motivador para afrontar este gran reto de imprimir órganos”.
“Los antihipertensivos no escasean. Todo el mundo que las necesita puede conseguirlas”, dijo Martine Rothblatt, CEO y presidenta de United Therapeutics, en la conferencia Life Itself, un evento sobre salud y bienestar presentado en colaboración con CNN. United Therapeutics es uno de los patrocinadores de la conferencia.
“No hay ninguna razón práctica por la que alguien que necesite un riñón, o un pulmón, un corazón, un hígado, no pueda conseguirlo”, añadió. “Estamos utilizando la tecnología para resolver este problema”.
Cómo funciona la impresión de órganos
Para iniciar el proceso de bioimpresión de un órgano, los médicos suelen empezar con las propias células del paciente. Toman una pequeña biopsia con aguja de un órgano o realizan un procedimiento quirúrgico mínimamente invasivo que extrae un pequeño trozo de tejido, “menos de la mitad del tamaño de un sello de correos”, dijo Atala.
“Al tomar este pequeño trozo de tejido, podemos separar las células (y) hacerlas crecer y expandirlas fuera del
cuerpo”.
Este crecimiento se produce dentro de una incubadora estéril o biorreactor, un recipiente de acero inoxidable presurizado que ayuda a las células a mantenerse alimentadas con nutrientes, llamados “medios”, que los médicos les suministran cada 24 horas, ya que las células tienen su propio metabolismo, dijo Lewis. Cada tipo de célula tiene un medio diferente, y la incubadora o biorreactor actúa como un dispositivo similar a un horno que imita la temperatura interna y la oxigenación del cuerpo humano, dijo Atala.
“Luego lo mezclamos con este gel, que es como un pegamento”, dijo Atala. “Cada órgano del cuerpo tiene las células y el pegamento que lo mantiene unido. Básicamente, eso también se llama ‘matriz extracelular'”.
Este pegamento es el apodo de Atala para la biotinta, una mezcla imprimible de células vivas, moléculas ricas en agua llamadas hidrogeles, y los medios y factores de crecimiento que ayudan a las células a seguir proliferando y diferenciándose, dijo Lewis. Los hidrogeles imitan la matriz extracelular del cuerpo humano, que contiene sustancias como proteínas, colágeno y ácido hialurónico.
La parte de la muestra no celular del pegamento puede fabricarse en un laboratorio y “va a tener las mismas propiedades del tejido que se intenta sustituir”, dijo Atala.
Los biomateriales que se utilizan normalmente tienen que ser no tóxicos, biodegradables y biocompatibles para evitar una respuesta inmunitaria negativa, dijo Lewis. El colágeno y la gelatina son dos de los biomateriales más utilizados para la bioimpresión de tejidos u órganos.
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El proceso de impresión
A partir de ahí, los médicos cargan cada biotinta, según el número de tipos de células que quieran imprimir, en una cámara de impresión, “utilizando un cabezal y una boquilla para extruir una tinta y construir el material capa a capa”, explica Lewis. La creación de tejidos con propiedades personalizadas es posible gracias a que las impresoras se programan con los datos de imagen del paciente procedentes de radiografías o escáneres, explicó Atala.
“Con una impresora de color se tienen varios cartuchos diferentes, y cada cartucho imprime un color diferente, y se obtiene el color (final)”, añadió Atala. La bioimpresión es lo mismo, solo que se utilizan células en lugar de tintas tradicionales.
La duración del proceso de impresión depende de varios factores, como el órgano o tejido que se imprime, la precisión de la resolución y el número de cabezales necesarios, explica Lewis. Pero suele durar entre unas pocas y varias horas. El tiempo que transcurre desde la biopsia hasta la implantación es de unas cuatro a seis semanas, dijo Atala.
Una impresora 3D siembra diferentes tipos de células en un andamio renal en el Instituto de Medicina Regenerativa de Wake Forest.
El reto final es “conseguir que los órganos funcionen realmente como deberían”, por lo que conseguirlo “es el santo grial”, dijo Lewis.
“Al igual que si se extrajera un órgano de un donante, hay que meterlo inmediatamente en un biorreactor y empezar a perfundirlo o las células morirán”, añadió. Perfundir un órgano es suministrarle líquido, normalmente sangre o un sustituto de la sangre, haciéndolo circular por los vasos sanguíneos u otros canales.
Según la complejidad del órgano, a veces es necesario madurar más el tejido en un biorreactor o impulsar más las conexiones, dijo Lewis. “Hay una serie de problemas de fontanería y desafíos que hay que hacer para que ese órgano impreso funcione realmente como lo haría un órgano humano in vivo (es decir, en el cuerpo). Y, sinceramente, esto aún no se ha resuelto del todo”.
Una vez que un órgano bioimpreso se implanta en un paciente, se degradará de forma natural con el paso del tiempo, lo cual está bien porque así es como está diseñado para funcionar.
“Probablemente se preguntarán: ‘Bueno, ¿y qué pasará con el tejido? ¿Se desmoronará? En realidad, no”, dice Atala.
“Estos pegamentos se disuelven, y las células sienten que el puente está cediendo; sienten que ya no tienen una base firme. Así que las células hacen lo que hacen en su propio cuerpo, que es crear su propio puente y crear su propio pegamento”.
Retos pendientes
Atala y Lewis son conservadores en sus estimaciones sobre el número de años que quedan antes de que se puedan implantar en humanos órganos bioimpresos que funcionen plenamente.
“El campo avanza rápidamente, pero creo que estamos hablando de más de una década, incluso con todos los tremendos progresos que se han hecho”, dijo Lewis.
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“Aprendí hace muchos años a no predecir nunca porque siempre te equivocas”, dijo Atala. “Hay tantos factores en cuanto a la fabricación y la (normativa de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU.). Al final, nuestro interés, por supuesto, es asegurarnos de que las tecnologías sean seguras para el paciente por encima de todo”.
Cuando la bioimpresión de órganos se convierta en una opción disponible, la asequibilidad para los pacientes y sus cuidadores no debería ser un problema.
Serán “accesibles, sin duda”, dijo Atala. “Los costos asociados a los fallos de los órganos son muy elevados. Mantener a un paciente en diálisis supone más de un cuarto de millón de dólares al año. Así que es mucho más barato crear un órgano que se pueda implantar al paciente”. El costo medio de un trasplante de riñón fue de US$ 442.500 en 2020, según una investigación publicada por la Sociedad Estadounidense de Nefrología, mientras que las impresoras 3D se venden desde unos pocos miles de dólares hasta más de US$ 100.000, dependiendo de su complejidad. Sin embargo, aunque existan impresoras de bajo costo, las partes más caras de la bioimpresión pueden incluir el mantenimiento de los bancos de células para los pacientes, el cultivo de las mismas y la manipulación segura de los materiales biológicos, según Lewis.
Algunos de los principales costos de los trasplantes de órganos actuales son “la extracción del órgano del donante, los costos de transporte y, por supuesto, la cirugía a la que se somete el receptor, así como todos los cuidados y el seguimiento”, dijo Lewis. “Parte de ese costo seguiría aplicando, incluso si se tratara de una bioimpresión”.
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