Imagine una impresora 3D que utiliza "biotintas" elaboradas con células humanas y material de matriz extracelular para ensamblar, capa sobre capa, hileras planas de tejido entrelazadas con vasos que potencialmente pudieran servir de parches para miocardio dañado.
Esto es lo que investigadores de la Tel Aviv University, en Israel, reportaron en su publicación en Advanced Science el 15 de abril.[1] Y en una demostración de prueba de concepto más especulativa, también informaron que imprimieron "mini-corazones" completos hechos de tintas similares de miocito y célula endotelial que, señalaron, son del tamaño aproximado de un corazón de conejo.[2]
Impresión de parches cardiacos personalizados
Las pequeñas hileras impresas de miocitos y células endoteliales, de aproximadamente 2 mm de espesor, y que pueden conducir señales eléctricas, "se ajustan bien" a las propiedades inmunológicas y bioquímicas de células y otro material de donante humano que se integraron en las biotintas, escribieron los autores, dirigidos por Nadav Noor, candidato a Ph. D.
Investigación previa del mismo grupo señaló que si tales parches de tejido "personalizado" se llegan a utilizar en pacientes, es improbable que provoquen una respuesta inmunitaria que conduzca al rechazo, comentó a Medscape el autor principal, Tal Dvir, Ph. D.
Dvir explicó que su grupo imprimió los corazones miniatura, que incluyen algunos vasos de calibre más grande y "ventrículos" izquierdo y derecho, con el fin de demostrar el potencial de la técnica para la posible producción ingenieril de órganos completos sin la dificultad inmunológica fundamental del trasplante de donante. Si esto ocurre, sería en el futuro lejano.
En la actualidad, los corazones impresos son versiones simplificadas del órgano real "que solo tienen los principales vasos sanguíneos". Como afirmaron Dvir y sus colaboradores, los retos restantes comprenden técnicas para generar el gran número de células necesarias y para "cultivo de los órganos a largo plazo", proporcionar "señales bioquímicas y físicas para la maduración", obtener imágenes de toda la vasculatura de un corazón real a fin de crear el modelo, y la impresión 3D de vasos de diámetro pequeño.
Pero los parches cardiacos específicos de paciente posiblemente podrían ser una realidad mucho más cercana, indicó. "Tal vez en 5 años podría estar en estudios clínicos", pero tal escenario del mejor de los casos es aplicable solo el tiempo probablemente necesario para mayor investigación y desarrollo. No incluye los tiempos imprevisibles y prolongados que suelen requerir tales iniciativas, por ejemplo, para formar una compañía, asegurar el respaldo económico y trabajar a través de las dificultades regulatorias.
"Creo que imprimir células en un hidrogel de algún origen biológico o incluso de algún origen sintético, no es nuevo", manifestó a Medscape Doris A. Taylor, Ph. D. "Pero la idea de que se puede generar un parche vascularizado con alta fidelidad de flujo sanguíneo es lo que ha faltado".
Estructuras grandes y pequeñas de alta resolución en general van más allá del alcance de la bioimpresión 3D actual, pero el presente estudio "muestra progresos en este sentido", señaló Taylor, quien es directora de investigación de medicina regenerativa en el Texas Heart Institute, en Houston, Estados Unidos.
"Los investigadores han realizado un excelente trabajo al imprimir parches cardiacos en 3D, utilizando células y proteínas humanas", agregó. Pero "por lo que respecta a construir un corazón verdaderamente vascularizado al tamaño y la escala de un corazón humano, o un corazón de tamaño similar al de un conejo, los datos son menos convincentes".
Taylor reconoció que su investigación implica una "tecnología competitiva" para la ingeniería de órganos.[3] Su trabajo y el de otros investigadores sobre la descelularización y recelularización de matrices de corazones humanos y porcinos ha producido estructuras con considerable vasculatura, todas las válvulas y cuatro cámaras completas, entre otros componentes que faltan en los corazones impresos en 3D del presente estudio.
Aunque los parches y "corazones" descritos en este estudio provienen de células humanas e incluso pueden demostrar que son compatibles con el hospedador desde el punto de vista inmunológico en su actual forma, no son anatómica o bioquímicamente como los reales.
"No veo una fisiología satisfactoria, no veo una buena función, no veo una buena actividad eléctrica, y cuando echo un vistazo a la histología, realmente no muestran un aspecto de células maduras", indicó la especialista.
Una de las principales dificultades en el campo ha sido desarrollar formas eficientes de producir el vasto número de células progenitoras pluripotenciales que son necesarias para la formación ingenieril de un órgano completo. "Si se va a construir un corazón de tamaño humano, se requieren decenas a centenares de miles de millones de células, y desarrollarlas no es algo trivial", dijo. "Hacer esto sistemáticamente para generar un órgano ha sido una necesidad insatisfecha en el campo".
Sin embargo, "por lo demás, han realizado esto y es un avance para la impresión cardiaca 3D", añadió Taylor sobre la investigación actual.
Impresión cardiaca 3D
El desarrollo de la biotinta para impresión 3D, como se describió en el presente estudio, comenzó con tejido de epiplón a partir del cual se separaron las células y los componentes extracelulares. Utilizando técnicas establecidas, las células son "reprogramadas" para convertirse en células progenitoras pluripotentes y luego diferenciarse en miocardiocitos y células endoteliales, afirmó.
El material de matriz extracelular es procesado en un "hidrogel personalizado", un medio de nanofibras colagenosas que "se comporta como un gel débil a temperatura ambiente" y se vuelve más fuerte cuando se calienta a temperatura fisiológica humana.
Según se describió, los miocitos y las células endoteliales se combinan por separado con el hidrogel para crear dos biotintas que la impresora aplica en capas a fin de crear parches tridimensionales parecidos al tejido miocárdico vascularizado.
Se llevó a cabo un proceso similar para crear estructuras similares al corazón, cada una de cerca de 20 mm por 14 mm; la impresora guiada por una plantilla de datos derivados de imágenes cardiacas de tomografía computarizada.
Las mismas técnicas potencialmente podrían aplicarse a otros tejidos y órganos, propuso Dvir. Por ejemplo, "podrían funcionar con hígado o riñones, pero esto es algo que se debe estudiar y desarrollar.
Quiero tener cautela y no exagerar esta tecnología".
"Las dificultades para construir un corazón son formidables", destacó Taylor. "El nivel de vasculatura y microvasculatura, y la interacción intercelular y la fisiología eléctrica y mecánica que debe incorporarse en el corazón, es diferente a la de cualquier otro órgano".
El hecho de que en el campo se esté dispuesto a llamar "corazón" a algo que solo tiene la forma de uno en una escala pequeña, y tal vez tenga células que se contraen de modo similar a las contracciones de los miocitos, "demuestra que nos queda un largo camino para llegar al verdadero objetivo", concluyó.
Noor, Dvir y sus coautores han declarado no tener ningún conflicto de interés económico pertinente. Taylor previamente ha declarado no tener ningún conflicto de interés económico pertinente. Las imágenes que acompañan a este artículo se incluyeron con el estudio original, el cual fue publicado por WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheimand, y fueron reproducidos según los términos de la licencia de atribución Creative Commons.
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Citar este artículo: Impresora 3D produce hileras de tejido cardiaco y un "mini-corazón" artificial - Medscape - 1 de mayo de 2019.
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