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Destructores de zuecos
Los vasos sanguíneos artificiales pequeños están destinados a ofrecer esperanza a los pacientes con bypass cardíaco. El problema es que estos diminutos vasos sintéticos tienden a obstruirse. Ahora, ingeniero biomédico Donald Elbert y su equipo en la Universidad de Washington, en St. Louis, han desarrollado un nuevo material diseñado para engañar al cuerpo para que construya vasos a partir de sus propias células.
Los bioingenieros de la Universidad de Washington imaginan que el gel que se muestra aquí resolverá algún día un problema de coagulación en vasos sanguíneos artificiales pequeños. El gel, hecho de fragmentos de proteína (rectángulos azules), la proteína sanguínea albúmina (mechones grises), un lípido de señalización (manchas amarillas) y un polímero sintético (estrellas azules), convencería a las células endoteliales (masa gris), que recubren las células humanas. vasos sanguíneos, para colonizar el interior de vasos artificiales.
La raíz del problema de las obstrucciones es la termodinámica, dice Elbert. Cuando un vaso está hecho de teflón modificado, o cualquier cosa que no sean las propias células del cuerpo, las proteínas de la coagulación de la sangre chocan contra las paredes del vaso, se adhieren, se despliegan y se activan, desencadenando reacciones de coagulación. Los coágulos son demasiado pequeños para bloquear vasos grandes y, de hecho, las aortas de teflón son comunes. Pero en los vasos de menos de seis milímetros de ancho, los coágulos forman obstrucciones. En consecuencia, los pacientes con bypass cardíaco no pueden recibir pequeños implantes de vasos artificiales. En cambio, se deben extraer pequeños vasos del cuerpo del paciente para que la sangre se pueda desviar. Esta es una cirugía adicional y, eventualmente, el paciente puede quedarse sin vasos para cosechar.
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ANIMACIÓN: Células endoteliales en gel.
La solución de Elbert es un revestimiento novedoso para el interior de vasos artificiales. Está compuesto principalmente de sustancias que se encuentran en el cuerpo humano. El polietilenglicol, el único ingrediente sintético, es un polímero de múltiples brazos que se utiliza en la pasta de dientes y el champú. Cuando se expone a la sangre, repele casi todas las proteínas de la coagulación que intentan adherirse a ella. Se incluye albúmina, una proteína de la sangre, para unir polietilenglicoles. Los brazos de polietilenglicol se unen a dos ingredientes biológicamente activos. Uno de los ingredientes es un fragmento de proteína que actúa como velcro, uniendo las células endoteliales, que recubren los vasos sanguíneos humanos, al revestimiento artificial. El otro ingrediente bioactivo es una enzima que se encuentra en la sangre y que puede tomar una sustancia grasa, o lípido, del torrente sanguíneo y convertirlo en un lípido llamado esfingosina-1-fosfato que envía señales de crecimiento y supervivencia a las células endoteliales.
Hacer el brebaje es simple, dice Elbert. Todos los ingredientes se mezclan con agua y se dejan durante la noche. Por la mañana, forman un gel.
Elbert imagina que un injerto sintético revestido con el revestimiento podría luego coserse en un vaso sanguíneo existente. El polietilenglicol repelería la mayoría de las proteínas de la coagulación durante algún tiempo. Mientras tanto, la enzima produciría y liberaría el lípido que envía señales a las células endoteliales, animándolas a crecer en los bordes del injerto. Los fragmentos de proteína mantendrían las células en la superficie. El gel liberaría más lípidos, lo que indicaría a las células que se dividieran y colonizaran. Después de uno o dos meses, se espera que toda la superficie interna del injerto esté revestida con una capa de células, dice Elbert. Las células exudan sustancias químicas para dificultar la coagulación, como ocurre naturalmente en el cuerpo.
Otros investigadores están combatiendo el problema de la coagulación de diferentes formas, señala Elbert. Mucha gente está tratando de producir vasos sanguíneos mediante ingeniería de tejidos, dice. Los ingenieros de tejidos extraen células de los vasos de un paciente, las cultivan en un tubo poroso y nutren la estructura hasta que sea lo suficientemente fuerte como para volver a implantarse. Los coágulos no obstruyen estos vasos porque están revestidos con células endoteliales. Eso funciona, dice Elbert. Pero hacer crecer un vaso sanguíneo humano en un laboratorio es lento e increíblemente costoso. Y los vasos pueden ser frágiles; el flujo sanguíneo puede arrancar las células y provocar la coagulación. Otros han intentado fabricar vasos sintéticos con materiales resistentes a los coágulos. Son baratos y resistentes. Y resisten los coágulos durante algún tiempo. Pero después de varios años, pueden obstruirse. Ninguno de los métodos ha tenido éxito en los animales.
A diferencia de otras alternativas, dice Elbert, los vasos revestidos con el material de su equipo serían baratos, fáciles, duraderos, no coagulantes y no inmunogénicos. Hasta ahora, su gel ha pasado algunas pruebas iniciales en el laboratorio. Las células endoteliales migran rápidamente sobre el gel. Las células se adhieren a él, incluso dentro de una cámara de flujo, que simula la fuerza de corte del flujo sanguíneo.
Elbert agrega que el gel de su equipo también puede ayudar al cuerpo a desarrollar nuevas redes de vasos. Las membranas de huevo de gallina tratadas con él desarrollaron nuevas redes de vasos. Uno podría imaginar poner el material junto al corazón después de un ataque cardíaco, permitiendo que el lípido se difunda en la pared del corazón y forme nuevos vasos que ayudarían al corazón a sobrevivir, dice.
Es demasiado pronto para saber cómo funcionarán los vasos o el gel de Elbert en el cuerpo humano, advierte Robert Langer , profesor de ingeniería química y biológica en el MIT. Muchas formulaciones parecían prometedoras en el laboratorio, solo para fallar en animales, dice. La clave son los estudios en animales, especialmente en cerdos.
La seguridad también es una preocupación, agrega Omolola Eniola-Adefeso , profesor asistente de ingeniería química en la Universidad de Michigan. Le preocupa que el lípido de Elbert, que envía muchas señales al cuerpo, pueda alterar los procesos corporales normales.
Hay que tener mucho cuidado, concuerda Elbert. Grandes cantidades de lípidos pueden inhibir el sistema inmunológico y desencadenar la muerte celular. Planea determinar cuánto puede administrar para estimular las células endoteliales sin sobrecargarse. Las pruebas comenzarán en animales en 2007 y continuarán durante al menos cuatro años, dice.
En cuanto al problema de la coagulación, hay tantos ingenieros trabajando en él como departamentos de bioingeniería en todo el país, dice Eniola-Adefeso. Hasta ahora, dice, el enfoque de Elbert es el más prometedor.