A sus 47 años, Laura Niklason, profesora de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Yale (EE UU), es una de las mayores expertas mundiales en la síntesis de arterias y venas en el laboratorio. Sus redes de tejido vascular no crecen sobre un típico andamiaje de polímeros artificiales, sino que lo hacen sobre material biológico. En junio de 2010, Niklason logró un hito en este tipo de tecnología regenerativa: retiró in vitro las células del pulmón de una rata y conservó la llamada matriz extracelular –la malla que sostiene el entramado ramificado de las vías aéreas y vasos sanguíneos–, sembró esta red con células nuevas e implantó con éxito en otro roedor el pulmón así regenerado.
¿Cómo surgió su interés por la ingeniería de tejidos?
Llevamos 15 años trabajando en ello. Todo comenzó cuando logramos desarrollar una técnica que permitía aislar tejidos vasculares de cerdos y hacer que crecieran en un biorreactor capaz de imitar la acción de los latidos del corazón. Desde entonces queremos hacer algo parecido en humanos. Nuestro objetivo es idear un proceso rápido que acorte el tiempo que han de esperar los enfermos cardiovasculares para someterse a una cirugía de reemplazo arterial.
¿Cuál es el truco para cultivar células humanas?
Conocemos la combinación perfecta de factores de crecimiento y condiciones bioquímicas que permiten la adecuada proliferación de las células en el biorreactor. Cada estirpe celular requiere un cóctel concreto. Además, en comparación con las de los animales, nuestras células son más exigentes y tercas para crecer fuera del cuerpo. Pero hace dos años logramos que se multiplicaran en una matriz extracelular o ECM.
¿En qué consiste esa matriz?
Es una suerte de andamio hecho prácticamente con el colágeno –y otras proteínas– que liberan las propias células. Esta matriz ayuda a que estas se organicen, y les da apoyo, fortaleza y protección.
¿Y cómo se sirven ustedes de ella?
Tomamos un fragmento de arteria y, con la ayuda de una mezcla de detergentes especiales y sales de alto contenido iónico, le quitamos las células. Lo fundamental es no romper esa delicadísima malla, porque es la estructura sobre la que vamos a hacer crecer las células de la arteria sana, que luego implantaremos en el paciente. En esencia, es como tener una pequeña fábrica de vasos, ya que también podemos fabricar la matriz extracelular y guardarla durante meses en la nevera, dado que no es algo vivo. Por otro lado, al carecer de las células originales, cabe la posibilidad de destinarla a cualquier persona –o animal– sin que su sistema inmunológico la rechace. Es un avance médico gigantesco.
Entonces, ¿ya no habrá que extraer, por ejemplo, una sección de la vena safena de la pierna para hacer al paciente un baipás?
La idea es evitar este paso del baipás y que algún día podamos simplemente sacar el vaso sanguíneo del frigorífico e injertarlo en la zona cardiovascular afectada.
¿Por qué la matriz es tan especial?
Al rociarla con células, vimos que de alguna manera les daba instrucciones sobre dónde debían asentarse. No se colocaban al azar, sino que se trasladaban al lugar de la matriz que les correspondía, según su función. Creo que tiene que ver con las proteínas, que son diferentes en cada zona del bioandamio.
¿Cómo ha de ser la arteria perfecta?
Debe ser muy resistente y soportar una sutura, algo que depende mucho de la fortaleza de la matriz. Y ha de evitar la coagulación de la sangre. En este sentido, los vasos más grandes que fabricamos, de unos 6 mm de diámetro, no dan problemas. Pero los de 3 y 4 mm, que son los utilizadas en un baipás coronario, sí se atoran. Para evitarlo, estamos colocando unas pocas células endoteliales del roedor en el mallazo extracelular, pues previenen la coagulación. Pero queremos evitar su uso con algún tratamiento químico.
¿Cuándo se comenzarán a implantar estas arterias en humanos?
¿En tan sólo uno o dos años?
Ahora, además, está trabajando con tejido pulmonar.
Llevamos un lustro usando la matriz extracelular como andamio para cultivar células de las distintas partes del pulmón. De pronto, un día ocurrió algo que me dejó pasmada: el tejido pulmonar que habíamos edificado sobre la MEC estaba intercambiando gases. ¡Respiraba!
Entiendo que la estructura de los pulmones es muy compleja...
Sí que lo es. Nuestra tráquea se fracciona en dos ramales. Estos se subdividen hasta 23 veces y, en el fondo de los pulmones, donde se produce el intercambio gaseoso, hay cientos de millones de alveolos. Es una superficie muy vasta 3. Hemos malgastado muchos años intentando construir sin éxito un andamio de polímeros sintéticos que tuviera una complejidad similar a la del tejido real. No nos quedó otra salida que dominar las tecnologías que permitían descelularizar la matriz para poder aplicarlas al órgano de la respiración. ¡Eso sí funcionó!
¿Nadie lo había logrado antes?
Fuimos los primeros que conseguimos trasplantar tejidos pulmonares fabricados con ingeniería tisular a un organismo viviente, a un ratón.
¿Y emplean células madre?
Para las arterias en general no hace falta, pero en el caso de los pulmones es preciso recurrir a las células embrionarias pluripotenciales. La razón es que las células pulmonares, especialmente las de pacientes mayores y enfermos, no crecen bien en un cultivo. Es una lástima, pero su desarrollo en pacientes humanos está aún a varios años de distancia.
Entonces, ¿la tendencia es utilizar la ingeniería de tejidos en matrices extracelulares naturales?
Así es. Es mejor trabajar con la naturaleza en lugar de reinventar la rueda. La gente lleva hablando de ingeniería de tejidos desde los 80. Costó mucho esfuerzo realizar los primeros progresos, pero ahora está claro que la medicina regenerativa está aquí para quedarse. Y creo además que el ritmo de los descubrimientos se va a acelerar en los próximos años.
¿Cómo se adentró en este campo?
Comencé en la década de los 90, cuando en general se pensaba que se trataba de un área de estudio que rozaba la ciencia ficción y en la que sólo podían trabajar personas medio enloquecidas. A mí me fascinó porque combinaba la física y la ingeniería con la medicina y la biología. No me molestaba ser considerada una lunática que bordeaba los límites científicos. ¡Aún soy así! Al final es como caminar por una calle desconocida... Pero el paseo nos ha traído inmensas recompensas.
¿Cómo surgió su interés por la ingeniería de tejidos?
Llevamos 15 años trabajando en ello. Todo comenzó cuando logramos desarrollar una técnica que permitía aislar tejidos vasculares de cerdos y hacer que crecieran en un biorreactor capaz de imitar la acción de los latidos del corazón. Desde entonces queremos hacer algo parecido en humanos. Nuestro objetivo es idear un proceso rápido que acorte el tiempo que han de esperar los enfermos cardiovasculares para someterse a una cirugía de reemplazo arterial.
¿Cuál es el truco para cultivar células humanas?
Conocemos la combinación perfecta de factores de crecimiento y condiciones bioquímicas que permiten la adecuada proliferación de las células en el biorreactor. Cada estirpe celular requiere un cóctel concreto. Además, en comparación con las de los animales, nuestras células son más exigentes y tercas para crecer fuera del cuerpo. Pero hace dos años logramos que se multiplicaran en una matriz extracelular o ECM.
¿En qué consiste esa matriz?
Es una suerte de andamio hecho prácticamente con el colágeno –y otras proteínas– que liberan las propias células. Esta matriz ayuda a que estas se organicen, y les da apoyo, fortaleza y protección.
¿Y cómo se sirven ustedes de ella?
Tomamos un fragmento de arteria y, con la ayuda de una mezcla de detergentes especiales y sales de alto contenido iónico, le quitamos las células. Lo fundamental es no romper esa delicadísima malla, porque es la estructura sobre la que vamos a hacer crecer las células de la arteria sana, que luego implantaremos en el paciente. En esencia, es como tener una pequeña fábrica de vasos, ya que también podemos fabricar la matriz extracelular y guardarla durante meses en la nevera, dado que no es algo vivo. Por otro lado, al carecer de las células originales, cabe la posibilidad de destinarla a cualquier persona –o animal– sin que su sistema inmunológico la rechace. Es un avance médico gigantesco.
Entonces, ¿ya no habrá que extraer, por ejemplo, una sección de la vena safena de la pierna para hacer al paciente un baipás?
La idea es evitar este paso del baipás y que algún día podamos simplemente sacar el vaso sanguíneo del frigorífico e injertarlo en la zona cardiovascular afectada.
¿Por qué la matriz es tan especial?
Al rociarla con células, vimos que de alguna manera les daba instrucciones sobre dónde debían asentarse. No se colocaban al azar, sino que se trasladaban al lugar de la matriz que les correspondía, según su función. Creo que tiene que ver con las proteínas, que son diferentes en cada zona del bioandamio.
¿Cómo ha de ser la arteria perfecta?
Debe ser muy resistente y soportar una sutura, algo que depende mucho de la fortaleza de la matriz. Y ha de evitar la coagulación de la sangre. En este sentido, los vasos más grandes que fabricamos, de unos 6 mm de diámetro, no dan problemas. Pero los de 3 y 4 mm, que son los utilizadas en un baipás coronario, sí se atoran. Para evitarlo, estamos colocando unas pocas células endoteliales del roedor en el mallazo extracelular, pues previenen la coagulación. Pero queremos evitar su uso con algún tratamiento químico.
¿Cuándo se comenzarán a implantar estas arterias en humanos?
¿En tan sólo uno o dos años?
Ahora, además, está trabajando con tejido pulmonar.
Llevamos un lustro usando la matriz extracelular como andamio para cultivar células de las distintas partes del pulmón. De pronto, un día ocurrió algo que me dejó pasmada: el tejido pulmonar que habíamos edificado sobre la MEC estaba intercambiando gases. ¡Respiraba!
Entiendo que la estructura de los pulmones es muy compleja...
Sí que lo es. Nuestra tráquea se fracciona en dos ramales. Estos se subdividen hasta 23 veces y, en el fondo de los pulmones, donde se produce el intercambio gaseoso, hay cientos de millones de alveolos. Es una superficie muy vasta 3. Hemos malgastado muchos años intentando construir sin éxito un andamio de polímeros sintéticos que tuviera una complejidad similar a la del tejido real. No nos quedó otra salida que dominar las tecnologías que permitían descelularizar la matriz para poder aplicarlas al órgano de la respiración. ¡Eso sí funcionó!
¿Nadie lo había logrado antes?
Fuimos los primeros que conseguimos trasplantar tejidos pulmonares fabricados con ingeniería tisular a un organismo viviente, a un ratón.
¿Y emplean células madre?
Para las arterias en general no hace falta, pero en el caso de los pulmones es preciso recurrir a las células embrionarias pluripotenciales. La razón es que las células pulmonares, especialmente las de pacientes mayores y enfermos, no crecen bien en un cultivo. Es una lástima, pero su desarrollo en pacientes humanos está aún a varios años de distancia.
Entonces, ¿la tendencia es utilizar la ingeniería de tejidos en matrices extracelulares naturales?
Así es. Es mejor trabajar con la naturaleza en lugar de reinventar la rueda. La gente lleva hablando de ingeniería de tejidos desde los 80. Costó mucho esfuerzo realizar los primeros progresos, pero ahora está claro que la medicina regenerativa está aquí para quedarse. Y creo además que el ritmo de los descubrimientos se va a acelerar en los próximos años.
¿Cómo se adentró en este campo?
Comencé en la década de los 90, cuando en general se pensaba que se trataba de un área de estudio que rozaba la ciencia ficción y en la que sólo podían trabajar personas medio enloquecidas. A mí me fascinó porque combinaba la física y la ingeniería con la medicina y la biología. No me molestaba ser considerada una lunática que bordeaba los límites científicos. ¡Aún soy así! Al final es como caminar por una calle desconocida... Pero el paseo nos ha traído inmensas recompensas.
Ángela Posada-Swafford
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