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La gran aventura científica de crear un corazón bioartificial humano

El "asesino" número uno mundial de los seres humanos es el infarto agudo de miocardio (más conocido como "ataque al corazón"). Nada mata a más gente, ya sean a hombres o a mujeres. De hecho, se calcula que una de cada 4 personas morirá por esta causa. En Estados Unidos, alguien muere por un ataque al corazón cada 40 segundos. Mientras tanto, en España, alrededor de 15.000 personas mueren por esta causa cada año. Lejos de disminuir, estas cifras se incrementarán aún más a lo largo del tiempo debido al envejecimiento progresivo de la población occidental.

Cuando lo que se necesita es un nuevo corazón

Los avances en los tratamientos farmacológicos y quirúrgicos han conseguido mejorar considerablemente el pronóstico tras un infarto. Sin embargo, salvo los trasplantes de corazón, los tratamientos médicos son paliativos y no curativos. ¿Por qué? Porque una vez que una región del corazón se ha muerto, este tejido no volverá a regenerarse ni a volver a funcionar jamás. Con el tiempo, esto supone una alteración progresiva del músculo cardíaco que estaba sano con un empeoramiento de la función global del corazón, hasta poner en serio peligro la vida debido a un fallo cardíaco.

El único tratamiento realmente curativo, que permite que la función cardíaca vuelva a la normalidad es el trasplante de corazón. Desafortunadamente, no hay suficientes donantes de corazón para todos aquellos que necesitan el trasplante de este vital órgano. Multitud de pacientes mueren en listas de espera en diversas partes del mundo, tras una agónica demora de un corazón que no llega a tiempo.

No hay suficientes donantes de corazón para todos aquellos que necesitan el trasplante

La escasez de donantes de corazón es un fenómeno que se agudizará el tiempo, debido al incremento de personas que necesitarán uno, entre otros factores. Además, no solo los pacientes afectados por un infarto cardíaco pueden necesitar un trasplante, determinadas personas afectadas por enfermedades cardíacas tales como malformaciones congénitas o miocardiopatías hipertróficas (en donde la pared del corazón se engrosa y no funciona como debería) también pueden requerirlo.

Este oscuro panorama ha llevado a científicos de todo el mundo a embarcarse en una gran y ambiciosa aventura: la creación de un corazón bioartificial humano. Entre las múltiples estrategias para conseguirlo, investigadores del área de la medicina regenerativa trabajan para desarrollar corazones humanos a través de componentes biológicos. Aunque se inspiran en los conocimientos más punteros en biología y medicina, también recurren a los avances tecnológicos para este objetivo. En la actualidad, existen tres enfoques principales en la vanguardia para la creación de corazones humanos completos.

Impresión 3D

Las impresoras 3D con materiales inorgánicos y sus aplicaciones se han expandido tanto que ya casi se han vuelto algo cotidiano. Sin embargo, hasta hace pocos años, la impresión 3D ha sido un terreno vedado para la medicina regenerativa, especialmente para la creación de tejido cardíaco. ¿El principal obstáculo? La escasa supervivencia de las células durante la impresión. Las células cardíacas musculares (cardiomiocitos) son muy delicadas y necesitan ciertas condiciones para mantenerse con vida. Hace apenas unos años, las impresoras 3D mataban a la absoluta mayoría de los cardiomiocitos.

Impresión 3D de corazones humanos

Afortunadamente, los avances en las tecnologías de impresión 3D han conseguido solucionar gran parte de este problema. Hoy en día, impresoras 3D crean tejidos cardíacos, capa a capa, mediante inyección de biotinta que contiene diversos tipos de células y biomateriales. Los biomateriales son imprescindibles para dar apoyo estructural y mejorar las propiedades de estos tejidos.

Hasta el momento, se ha conseguido desarrollar parches de tejido cardíaco relativamente finos. La creación de corazones humanos adultos aún queda muy lejos debido a 3 grandes retos. Por un lado, que puedas imprimir a muchas células juntas con forma de corazón, no significa, ni mucho menos, que vayan a funcionar coordinadamente como un corazón. Es imprescindible conseguir que estas células se organicen y funcionen de forma conjunta. Por el momento, no sabemos cómo hacerlo.

Este corazón artificial ha sido impreso en 3D y es capaz de latir como si fuese real En Xataka Este corazón artificial ha sido impreso en 3D y es capaz de latir como si fuese real

Otra gran barrera es conseguir la estabilidad estructural de grandes órganos blandos durante la impresión, sin afectar a la funcionalidad. A partir de ciertas dimensiones, la impresión 3D de órganos blandos es como jugar a hacer castillos de naipes, con una estabilidad muy precaria en la que es muy fácil que haya "derrumbes". Otro reto que va asociado a las grandes dimensiones de un órgano como el corazón humano es conseguir que, tras la impresión, las células no se asfixien y mueran desnutridas. Para ello, es imprescindible que exista un sistema circulatorio integrado que aporte el oxígeno y los nutrientes que necesitan las células en el órgano impreso. De nuevo, por el momento, se desconoce cómo conseguirlo.

Células de quita y pon: decelularización y recelularización

¿Y si en lugar de intentar crear corazones desde cero, como en la impresión 3D, intentamos aprovecharnos de la madre naturaleza a partir de corazones ya creados? Gracias a diferentes sustancias químicas (como detergentes) es posible quitar todas las células de un corazón y quedarte sólo con el esqueleto fibroso (la matriz extracelular).

Gracias a diferentes sustancias químicas (como detergentes) es posible quitar todas las células de un corazón y quedarte sólo con el esqueleto fibroso

Así, por ejemplo, podemos eliminar todas las células de un corazón de un cerdo, quedándonos con el esqueleto para, a continuación, administrar células humanas que invadan ese esqueleto. El uso del cerdo no es casual, ya que el corazón porcino es muy similar al humano en estructura y función. La gran ventaja de tener un "esqueleto" de un corazón de cerdo es que ya tenemos creada una estructura compleja, estable y natural, y es fácil que las células se adhieran a esta matriz.

Corazón humano decelularizado

Además, están también presentes las estructuras básicas de los vasos sanguíneos, lo que haría más fácil volver a desarrollarlos mediante la inyección de las células típicas que recubren estos vasos. Por otro lado, al eliminar las células de un corazón de cerdo, la reacción de rechazo inmunitario por parte del ser humano disminuye considerablemente. Eso, combinado con la existencia de cerdos transgénicos con matrices extracelulares más humanas, hacen que sean una posibilidad atractiva para la creación de corazones humanos.

Ahora mismo, el principal obstáculo en la creación de corazones humanos mediante la combinación de células humanas y matrices extracelulares de animales como el cerdo es la repopularización de estas matrices con células humanas. En otras palabras, cómo poner las células en esos "esqueletos" cardíacos de forma que se distribuyan como lo harían en un corazón humano y se pongan a funcionar coordinadamente. Quitar las células de los corazones animales es muy fácil, pero poner células humanas sin que se apelotonen en áreas muy concretas se presenta como un verdadero reto.

Quimeras cerdo-humanas

Cerdito

Las quimeras son organismos que poseen células con ADN procedentes de diferentes individuos. Esto es algo que se da raramente en la naturaleza dentro una misma especie. Sin embargo, lo que nunca había ocurrido antes eran quimeras entre especies tan diferentes como el cerdo y el ser humano. En el año 2017, científicos del Instituto Salk lograron crear por primera vez, gracias a técnicas de modificación genética, quimeras cerdo-humanas. ¿En qué consisten exactamente? Se tratan de cerdos alterados genéticamente para que no desarrollen ciertos órganos durante el desarrollo embrionario/fetal. En su lugar, se introducen células madre humanas que se encarguen del desarrollo de órganos humanos.

El futuro de los trasplantes está en los animales con órganos humanos En Xataka El futuro de los trasplantes está en los animales con órganos humanos

Dicho de otra forma, se está trabajando para conseguir que animales como el cerdo puedan desarrollar naturalmente corazones humanos durante el embarazo. Así, es la naturaleza la que hace casi todo el trabajo y los científicos sólo tienen que "hackear" el manual de instrucciones del desarrollo embrionario del cerdo.

Humanizar a animales, aunque sea con el noble objetivo de crear corazones humanos para salvar vidas, difumina la frontera de lo que supone ser humanos.

Aún es pronto para saber hasta dónde se puede llegar. Por razones éticas, tan sólo se ha permitido el desarrollo de estas quimeras cerdo-humanas hasta los 28 días de embarazo. Y es que esta técnica no está precisamente exenta de polémicas. Humanizar a animales, aunque sea con el noble objetivo de crear corazones humanos para salvar vidas, difumina la frontera de lo que supone ser humanos. Precisamente por ello, una de las líneas rojas de esta técnica es el desarrollo de cerebros humanos en animales. Se está evitando, a toda costa, que los animales quimeras puedan desarrollar cerebros humanos, con la posibilidad teórica de desarrollar consciencia e inteligencias humanas.

En estos momentos, los científicos están investigando cómo de compatible es el desarrollo de cerdos con células madre humanas para crear órganos que no son los típicos del cerdo. Además, tampoco sabemos qué grado de rechazo inmunológico desencadenarían órganos creados así. Dado que esta estrategia está en pañales son muchos los detalles que desconocemos.

Pero todavía falta para verlas en acción

En la actualidad, no se contempla que ninguna de estas tres estrategias llegue a la clínica en un futuro próximo. Son muchos detalles por perfeccionar y muchos conocimientos que adquirir. Sí que se han usado en algunos ensayos clínicos parches cardíacos que han demostrado seguridad y ciertos beneficios. Además, los tejidos creados pueden emplearse como modelos de enfermedades cardíacas o para hacer pruebas de fármacos. A pesar de ello, la creación de un corazón bioartificial humano completo es un objetivo mucho más ambicioso y llegar a alcanzarlo está aún lejos de lo cotidiano, pero más cerca que la ciencia ficción.

Imagen | Human heart de Edward Leung
Imagen | Corazón humano decelularizado

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