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BIOINGENIERÍA DE TEJIDOS

Órganos a medida

Células madre ayudan a producir tráqueas y vasos sanguíneos para trasplantes con menor riesgo de rechazo

054-056_Celulas-tronco_232Imagínese el lector una reforma de vivienda tan extrema que contemple la remoción de la pintura y del revoque de las paredes, que deje al desnudo los ladrillos que forman su estructura. Esta metáfora resulta útil para entender los proyectos en marcha actualmente el Laboratorio de Ingeniería Celular (LEC) coordinado por la hematóloga y hemoterapeuta Elenice Deffune en la Universidade Estadual Paulista (Unesp) de la localidad de Botucatu. En vez de pintura y cemento, el trabajo de los investigadores comprende la remoción de las células que recubren estructuras huecas del cuerpo, tales como la tráquea y los vasos sanguíneos. Este procedimiento, conocido como descelularización, constituye el primer paso de una transformación más amplia: la producción de órganos y tejidos de repuesto formados por células con las características genéticas del receptor.

Mediante la aplicación de esta estrategia, el cirujano vascular Matheus Bertanha está desarrollando en el LEC una posible alternativa terapéutica para los problemas circulatorios que genera la aterosclerosis. En esta afección, placas de grasa y calcio se acumulan en el interior de las paredes de las arterias y obstruyen, aunque más no sea parcialmente, el paso de la sangre. Cuando este bloqueo es grave a punto tal de causar síntomas, el tratamiento implica procedimientos quirúrgicos tendientes a restaurar la circulación. En los casos más extremos, se implanta un segmento de arteria o de vena extraído de otra parte del cuerpo del propio individuo, creando así un desvío –o un puente– que restablece el flujo sanguíneo normal. Es lo que generalmente hacen los cirujanos cardíacos al implantar un segmento de la vena safena extraído de la pierna, en el corazón de quien tiene las arterias coronarias obstruidas. Algo similar es lo que hacen los cirujanos vasculares para tratar bloqueos en arterias de las piernas.

No obstante, no siempre es posible realizar este procedimiento. De acuerdo con datos de la literatura médica, el 30% de los pacientes que requieren de este tipo de injertos para la confección de puentes coronarios no posee vasos con las características adecuadas para cumplir esa función. Se estima también, según comenta Bertanha, que una de cada 10 personas con recomendación de someterse a injertos vasculares de los miembros inferiores afrontan el mismo problema. “Algunas poseen venas con menos de 2,5 milímetros de diámetro, lo cual impide su utilización”, explica. “Otras personas ya van por el segundo puente y no tienen más vasos disponibles”, añade. En tales casos, una alternativa consiste en usar un puente artificial elaborado con material sintético. Pero éstos pueden tener una vida útil corta, pues quedan sujetos a la obstrucción más fácilmente. Otra posibilidad consiste en obtener vasos de donantes vivos, lo cual no siempre es factible, debido a la incompatibilidad inmunológica, que puede llevar al rechazo del implante.

Bertanha trabaja en una alternativa, aún en etapa experimental, tendiente a intentar superar la falta de vasos del propio individuo y el riesgo de obstrucción de los materiales sintéticos. En pruebas con conejos, primero extrae vasos naturales –más específicamente, venas– de un animal donante. Después, el segmento que será trasplantado a otro animal pasa por un baño químico con detergentes que eliminan las células de las paredes del vaso. El objetivo de este proceso de descelularización consiste en evitar que el cuerpo del receptor desencadene una agresión contra el órgano implantado. Lo que sobra de ese proceso es una estructura tubular –un andamiaje– compuesta por fibras de colágeno, la proteína formadora de los tejidos de sostén del cuerpo.

Posteriormente, el investigador siembra en el interior del vaso un tipo especial de células extraídas del cuerpo del receptor: las células madre mesenquimales. Extraídas del tejido adiposo del animal que recibirá el trasplante, estas células son capaces de convertirse en células típicas de los vasos sanguíneos. Se las cultiva en laboratorio hasta que llegan a la cantidad esperada –alrededor de 100 mil células para el experimento en animales pequeños– y después se las pega en el interior del tubo de colágeno, con la ayuda de un gel. “La presencia de células del propio receptor en el segmento que será implantado reduce al mínimo la necesidad de usar inmunosupresores para evitar el rechazo”, explica Elenice Deffune, quien dirigió el trabajo de Bertanha durante la maestría.

En un experimento concluido recientemente, Bertanha comparó el desempeño de cuatro tipos de implantes. Los animales del primer grupo recibieron un segmento de vena cava extraída directamente de otro individuo, sin pasar por la descelularización, en tanto que en los del segundo se implantó únicamente la vena descelularizada. En el tercer grupo se utilizó un segmento de vena que pasó por el proceso de descelularización seguido del repoblamiento con células madre de otro individuo.  Por último, el cuarto grupo recibió un segmento de vena descelularizada con células madre mesenquimales del propio receptor.

Rechazo y regeneración
Como era de esperarse, en el primer caso hubo una reacción inflamatoria exuberante y un fuerte rechazo al vaso trasplantado, mientras que en el segundo ocurrió únicamente una respuesta inflamatoria endeble. El uso de un tubo de colágeno poblado con células madre de otro individuo no despertó un rechazo inmediato. Las células se diferenciaron formando el endotelio, la capa que reviste el interior de los vasos sanguíneos, y pavimentaron buena parte del tubo. Sin embargo, un mes más tarde, surgió una inflamación significativa.

Sólo los animales del cuarto grupo no exhibieron rechazo ni una inflamación importante, incluso un mes después de la cirugía y sin el uso de medicamentos inmunosupresores. Lo que más sorprendió al investigador fue el comportamiento de las células madre implantadas. “Aparte de pavimentar más del 50% del vaso, atrajeron a otras células madre existentes en el organismo del receptor”, comenta Bertanha. El resultado, inesperado, fue la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis). “En principio, esa sorpresa es buena, porque la angiogénesis puede ayudar al nuevo vaso a integrarse al tejido adyacente”, dice el investigador. “Pero tendremos que investigar si ese proceso no es patogénico”. Bertanha planea realizar más pruebas en animales, al tiempo que comienza a trabajar con células madre humanas, ya pensando en experimentos futuros.

En simultáneo al trabajo de Bertanha, la biomédica Thaiane Cristine Evaristo, alumna de doctorado de la cirujana Daniele Cataneo, emplea los procedimientos de descelularización y recelularización para producir en el LEC tráqueas que se usarán en trasplantes. Cataneo desarrolla un protocolo de descelularización distinto a los implementados por equipos del exterior, y potencialmente más barato.

En otros países, los científicos suelen usar enzimas de origen animal, u obtenidas mediante ingeniería genética para eliminar las células del donante de la tráquea. Pese a ser eficaz, esta estrategia resulta cara. Se pueden gastar hasta 80 mil euros para descelularizar una sola tráquea. Ese costo, sin contar el de la cirugía y el de la internación, torna exorbitante el valor del trasplante de tráquea en seres humanos.

En busca de una alternativa, Evaristo y Deffune decidieron someter tráqueas extraídas a una secuencia de tratamientos fisicoquímicos para producir un resultado similar al obtenido con las enzimas. Primeramente removieron en forma quirúrgica la tráquea y la bañaron en un potente detergente, que ayuda a deshacer la membrana de las células. Luego emplearon una prensa para comprimirla suavemente, antes de hacerla pasar por algunos ciclos de congelamiento y descongelamiento e inmersión en un líquido agitado por vibraciones ultrasónicas. Por último, la tráquea pasó un lapso de tiempo expuesta a la luz emitida por diodos (LEDs).

Como piezas de una rectificadora
Las tráqueas libres de células obtenidas mediante esta técnica se probaron en conejos, con resultados prometedores. No hubo rechazo al trasplante y los roedores sobrevivieron durante un período que, en humanos, equivale a 10 años. Con base en estos resultados, Deffune le propuso al físico Vanderlei Bagnato, de la Universidad de São Paulo en São Carlos, desarrollar un aparato que integrase todas las etapas de la técnica. Recientemente, depositaron un pedido de patente del artefacto, cuyo prototipo se encuentra en desarrollo.

Al tiempo que trabaja en el aparato, el grupo de Botucatu prepara la próxima fase de pruebas con cerdos, una etapa necesaria antes del comienzo de los ensayos con seres humanos. Aparte de analizar la eficacia de las técnicas de descelularización y recelularización de tráqueas, el grupo pretende poner a prueba en los próximos años tráqueas artificiales elaboradas con base en una nueva tecnología que se desarrollará en colaboración con el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT) y con el Instituto del Corazón (InCor) de la Universidad de São Paulo, ambos con sede en la capital paulista, y con el Centro de Tecnología de la Información Renato Archer, de Campinas.

Esta colaboración prevé que el LEC le suministre al IPT proteínas humanas para su uso en la producción de un tejido nanoestructurado. En el Centro Renato Archer, placas de ese nanotejido alimentarán a una impresora 3D que esculpirá nuevas tráqueas. Una vez listas, éstas se remitirán al LEC para la etapa de recelularización. “Pretendemos evaluar si esta opción se muestra tan buena como el uso de las tráqueas naturales”, dice Deffune. “Quizá el futuro de los trasplantes esté en estos nuevos materiales.”

En todo el mundo existe una demanda de tráqueas para trasplantes. Éstas son necesarias para reemplazo en niños que nacen con angostamiento de ese tubo que transporta el aire desde la nariz hasta los pulmones –una enfermedad conocida como atresia congénita de tráquea, que afecta a tres niños cada 100 mil nacidos vivos– y también en adultos que pasan largos períodos de internación respirando por aparatos. “En el Hospital de Clínicas de São Paulo existe una lista de espera de alrededor de 300 personas para trasplantes de tráqueas”, comenta Deffune. “En muchos casos, son adultos jóvenes que sufrieron accidentes de tránsito.”

La literatura médica internacional aporta relatos de aproximadamente 30 personas que recibieron, de manera experimental, el implante de una tráquea obtenida mediante ingeniería celular. Pero aún no se conocen los resultados, que están bajo análisis. “La ingeniería celular puede aportar una esperanza concreta a pacientes con lesiones crónicas en órganos de difícil abordaje terapéutico en la actualidad”, dice Deffune.  A su juicio, existen motivos como para invertir en la creación de tráqueas y vasos sanguíneos artificiales, toda vez que es difícil obtener esas estructuras naturales, que dependen de donadores de órganos. “Suelo comparar nuestro método con una rectificadora de piezas, que recupera las usadas y las deja listas para su trasplante”, ejemplifica Deffune. “La creación de tráqueas artificiales abriría la posibilidad de trabajar con piezas nuevas en el proceso de recelularización.”

La bióloga Nace Nardi, una referente en ingeniería celular, de la Universidad Luterana de Brasil, con sede en Rio Grande do Sul, explica que la investigación en el área empezó con vasos y tráqueas debido a la relativa simplicidad de esas estructuras. “Ya existen estudios con órganos más complejos como el hígado, pero se encuentran en estadios más preliminares”, dice. Nardi ve en el creciente dominio del proceso de descelularización una de las claves para el progreso realizado en el LEC. “La remoción de las células de un andamiaje sin comprometer su integridad es aún algo sumamente difícil”, evalúa. “Su trabajo ha obtenido una buena repercusión, pero aún debe llevar algún tiempo hasta que estos procedimientos se vuelvan cotidianos en los quirófanos.”

Proyecto
Estructuración ex vivo de vasos sanguíneos a partir de la diferenciación de células madre de conejos (nº 2010/52549-8); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigadora responsable Elenice Deffune (Unesp); Inversión R$ 61.883,41 (FAPESP).

Artículos científicos
BERTANHA, M. et al. Tissue-engineered blood vessel substitute by reconstruction of endothelium using mesenchymal sten cells induced by platelet growth factorsJournal of Vascular Surgery. v. 59, n.6, p. 1677-85. 2014.
BERTANHA, M. et al. Morphofunctional characterization of decellularized vena caba as tissue engineering scaffolds. Experimental Cell Research. v. 326, n. 1, p. 103-11. 2014.

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