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Creciendo nuevos corazones desde los viejos
Los científicos de la Universidad de Minnesota han dado un gran paso hacia la producción de órganos de reemplazo con las células de los receptores. En experimentos realizados en ratas y cerdos, los investigadores quitaron las células de los corazones de los donantes para crear andamios en los que se cultivaron las células de los receptores. La esperanza es que un enfoque similar pueda resultar útil algún día para los pacientes humanos con enfermedad cardíaca en etapa terminal. En teoría, estos nuevos corazones podrían resultar mejores que los corazones de donantes tradicionales porque es menos probable que provoquen una respuesta inmunitaria.
Un corazon vacio: Los investigadores han creado nuevos corazones utilizando corazones de rata y cerdo descelularizados como andamios. En esta serie, un corazón que contiene células (arriba) se convierte en un andamio sin células (abajo).
Es un trabajo audaz, valiente y emocionante, dice Buddy Ratner , profesor de bioingeniería e ingeniería química en la Universidad de Washington, que no participó en la investigación. Aún así, quedan obstáculos sustanciales antes de que el enfoque pueda aplicarse a pacientes humanos.
Esta es solo una primera prueba de concepto, que muestra que no es completamente loco tratar de descelularizar un corazón completo y repoblarlo con nuevas células, dice Doris Taylor , director del Centro de Reparación Cardiovascular de la Universidad de Minnesota. El trabajo de su equipo fue publicado ayer en Medicina de la naturaleza en línea.
Para crear andamios descelularizados, Taylor y su equipo perfundieron corazones de rata con detergentes. Cuando se eliminaron las células, quedó una arquitectura compleja de matriz extracelular blanca. La anatomía de las cámaras del corazón parecía estar intacta, al igual que las válvulas y los vasos sanguíneos, dice Taylor.
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Observa cómo Doris Taylor y su equipo hacen nuevos corazones.
Los investigadores volvieron a sembrar los andamios con células cardíacas y endoteliales extraídas de ratas. Luego colocaron estas construcciones en biorreactores que simulaban la presión arterial, la estimulación eléctrica y otros aspectos de la fisiología cardíaca. Queríamos tratar las células como si estuvieran en un corazón y ver si se comportaban en consecuencia, dice Taylor. Después de cuatro días, las células del corazón comenzaron a contraerse. Después de ocho días, los corazones pudieron bombear con aproximadamente el 2 por ciento de la fuerza del corazón de una rata adulta, según el documento.
Este es el enfoque biomimético definitivo para la ingeniería de tejidos cardíacos, dice Gordana Vunjak-Novakovic , profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Columbia. Una matriz de corazón completo descelularizada proporciona prácticamente un andamio ideal, dice, ya que conserva gran parte de la composición, estructura y propiedades mecánicas del corazón.
En teoría, si se pudieran fabricar corazones de esta manera para pacientes humanos, podrían ofrecer una alternativa a los corazones de donantes tradicionales. Teóricamente, los pacientes no necesitarían tomar medicamentos inmunosupresores ya que las nuevas construcciones se construirían con sus propias células.
Aún así, el método requeriría un corazón de cadáver (o posiblemente un corazón de cerdo) desde el cual hacer el andamio. Todavía se necesita un corazón para hacer un corazón, y no podemos escatimar corazones en este momento, dice Ratner.
Otro desafío sería asegurar las células humanas adecuadas, en cantidad suficiente, para repoblar el andamio. Las células adultas del músculo cardíaco, o cardiomiocitos, no proliferan, dice Vunjak-Novakovic. Estas células tampoco pueden obtenerse a partir de fuentes fácilmente disponibles, como células adultas derivadas de la médula ósea. Las células madre residentes son una fuente potencial, pero no abundan. Las células madre embrionarias también son una posibilidad, pero deben dirigirse para diferenciarse en un tejido deseado y personalizarse para que sean aceptadas por los pacientes.
Los desafíos adicionales, que podrían resultar más difíciles para corazones humanos más grandes, incluyen cargar el andamio con la cantidad adecuada de células, mantener las células vivas con suficientes nutrientes y oxígeno y hacer que maduren adecuadamente.
Crear un corazón que sea eléctricamente estable durante largos períodos de tiempo también puede ser difícil, dice Richard Lee , cardióloga del Brigham and Women’s Hospital, en Boston, y profesora de la Facultad de Medicina de Harvard.
Además, el corazón debería poder existir in vivo durante largos períodos de tiempo sin causar coágulos de sangre o accidentes cerebrovasculares. Hay un largo camino por recorrer antes de que pueda sentir que esto está en el horizonte para tratar a los pacientes, dice Lee.
En los últimos años, la investigación sobre la ingeniería de tejidos cardíacos ha proliferado enormemente. Muchos grupos ahora usan células junto con varios tipos de material de andamiaje para tratar de reconstruir la estructura del tejido vascular o cardíaco.
Si bien el corazón imaginado por Taylor podría ser una alternativa al trasplante para algunos pacientes con enfermedad cardíaca en etapa terminal o insuficiencia cardíaca congestiva, otro trabajo tiene como objetivo reparar áreas localizadas de daño, como el causado por infarto de miocardio o ataque cardíaco.
Por ejemplo, varios grupos están trabajando actualmente en parches cardíacos, que son bandas de tejido diseñado que se pueden aplicar quirúrgicamente sobre un área dañada del corazón para ayudar a restaurar su función.
Los investigadores que trabajan en parches cardíacos enfrentan algunos de los mismos desafíos que enfrenta el grupo de Taylor: asegurar las células apropiadas, cultivarlas en un andamio e integrarlas con éxito en el cuerpo, dice Vunjak-Novakovic. Su grupo está diseñando parches utilizando células madre humanas adultas y células madre embrionarias humanas, con el objetivo de revascularizar y reconstruir la estructura cardíaca en un área que ha sido dañada por un ataque cardíaco. Los parches cardíacos se han mostrado prometedores en estudios con animales, pero aún no se han probado en ensayos en humanos.
Taylor dice que la tecnología de corazón descelularizado de su equipo también podría usarse para crear una parte de un corazón como una pared o un ventrículo, o una sección de tejido que podría usarse como parche.
Otro método consiste en inyectar células en las regiones cardíacas dañadas con la esperanza de reconstruir o reparar el tejido y la vasculatura del corazón. Lee dice que la inyección de células de la médula ósea en las arterias del corazón ha mostrado cierto éxito en la mejora de la fracción de eyección (el porcentaje de sangre expulsada con cada latido) y otras medidas de la función cardíaca en ensayos clínicos en humanos.
Dada la enorme cantidad de pacientes que necesitan nuevas opciones, agrega Lee, todo debería estar sobre la mesa. No podemos renunciar a ningún enfoque, por salvaje o improbable que sea, hasta que obtengamos mejores tratamientos para estas personas.