De los biomateriales a la ingeniería de tejidos

¿Para qué reparar un tejido si puedo regenerarlo? Los biomateriales pueden ser metales, plásticos y cerámica que se incorporan al organismo para ayudar en alguna función que no puede realizar por sí mismo, marcapasos, prótesis, clavos y placas son algunos de los ejemplos. La ingeniería de tejidos, por otra parte, es descrita como un cambio de switch en el organismo, de acuerdo con un grupo de investigadores del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), centro público de investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

“Lo que pretende es poder crear un tejido en laboratorio que pueda ser implantado a la persona que se aqueja de la falta o de una malformación (…) La ingeniería tisular toma un soporte —en general son polímeros naturales como poliuretano o sintéticos, como gelatina— en el que se injertan células que se integran a un ambiente dinámico con nutrientes en el que las mismas células obtienen su evacuación, pues son seres vivos que comen y desechan”, expresó en entrevista Fernando Hernández Sánchez, investigador del Departamento de Biomateriales e Ingeniería de Tejidos del CICY.

Una vez que se logra la reproducción y proliferación celular, las células empiezan a formar la matriz extracelular alrededor del soporte y se trasplanta a la persona. El soporte es biodegradable y el cuerpo lo absorberá poco a poco, mientras se crea un tejido nuevo.

José Manuel Cervantes Uc, miembro nivel I del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), señaló que una gran ventaja de la ingeniería tisular es que utiliza las mismas células del paciente, aunque aún quedan muchas interrogantes alrededor de los soportes. ¿Qué pasa si a la célula no le gusta la forma de círculo y tiene que estar en forma de óvalo o forma cuadrada?, ¿qué pasa si son de 100 micras, o si son de menor o mayor tamaño?, ¿qué pasa si tiene muchos o pocos poros?, ¿qué pasa si está hecho de material A, material B o de una mezcla de materiales?

Como científicos, el grupo de ingeniería del CICY se dedica a conocer las diversas variables que hacen que la célula se comporte de una manera o de otra, de acuerdo con las distintas condiciones en las que se encuentre con el fin de lograr la total regeneración del tejido.

La ingeniería de tejidos o tisular puede considerarse lo más novedoso en el campo de la medicina y los biomateriales. Cuenta con alrededor de 20 años de investigación en el mundo y es un área multidisciplinaria que para llevar a cabo sus objetivos involucra la participación de ingenieros químicos, ingenieros mecánicos, biólogos y médicos, entre otros.

Ante una quemadura de piel de tercer grado, donde se pierde masa muscular, una de las técnicas que se ha llevado a cabo es extirpar la masa muscular de un glúteo y trasplantarla en el sitio de la quemadura. En el futuro, la ingeniería tisular podría incluso reconstruir un corazón.

Grupo de ingeniería tisular del CICY

En 1998, el químico Juan Cauich Rodríguez inició el trabajo en la ingeniería tisular en el CICY a partir de una investigación en cementos óseos, la cual está concluida y lista para transferirse al sector industrial. Actualmente trabaja en la ingeniería para la regeneración de vasos sanguíneos y de piel. Primero estudiante y después colega de Cauich Rodríguez, el químico José Manuel Cervantes Uc se dedica a la regeneración de nervios y piel.

El físico Fernando Hernández Sánchez, adscrito al Sistema Nacional de Investigadores con nivel I, se dedica a la creación de los soportes, también llamados andamios. Los andamios simulan las funciones de la matriz extracelular donde las células tienen que llegar y anclarse. Para esto, el poro del andamio tiene que ser del tamaño adecuado y de material amigable con el que la célula pueda identificarse, reproducirse y vivir. El investigador trabaja también en la ingeniería de tejidos de uretra y de corazón.

Andamios de biopolímeros

Los polímeros son moléculas largas, constituidos por pequeños eslabones que se juntan y forman una especie de hilo que se agrupa en miles de millones de hilos más. Los biopolímeros son aquellos que están aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés), de Estados Unidos, para ser aplicados en el cuerpo humano.

“Los tres reinos de materiales son los metales, los cerámicos y los biopolímeros. Un biopolímero tiene características diferentes a un metal, que son moléculas muy ordenadas y pequeñas”, apuntó Hernández Sánchez.

Procesos de construcción de andamios

Existen varios procesos de construcción de andamios, pero el común denominador es introducir un porógeno —que generará los poros— al biopolímero, mismo que después será extraído. La sal es un porógeno que se compacta en placas, y debido a que sus partículas no son homogéneas, al juntarse dejan huecos entre ellas. El biopolímero se encarga de llenar esos huecos, y cuando se introduce en el agua, la placa de sal se disuelve y permanecen las estructuras porosas.

Otro método se realiza mediante la impresora 3D, donde se pueden crear modelos de 200 micras a los que se inyecta el biopolímero que se extrae posteriormente. Un ejemplo más es mediante la liofilización, en la que se produce una disolución del biopolímero en un disolvente que se congela y posteriormente se sublima. El biopolímero toma su estructura porosa dependiendo de la rapidez con que se extraiga el disolvente y de la temperatura a la cual se baje.

“El que se use un método u otro para generar los andamios depende en general de para qué se va a usar. Si voy a usarlo para miocardio, necesito que el andamio esté ordenado y no al azar, ahí utilizo la impresora en 3D. Si voy a hacer piel, entonces debe ser al azar, y utilizo la liofilización. Previamente tenemos una concepción de lo que cada metodología va a arrojar, pero a veces, a mitad del camino, una razón técnica puede no permitirnos llegar al objetivo y tenemos que darle la vuelta”, comentó Hernández Sánchez.

Nervios periféricos

Si uno de los nervios periféricos —los que se encuentran en las extremidades— se llegara a cortar, la parte del cuerpo a la que pertenece se quedaría inmóvil. Cervantes Uc decidió estudiar la regeneración de estos tejidos debido a las estadísticas alarmantes de cortes que se presentaban.

“¿Qué hacen los cirujanos? Si se te cortó el nervio, agarran los dos extremos, los unen, los costuran y más o menos recuperan parte de su función, pero no es la ideal. Hay algunas aproximaciones de ingeniería de tejidos que se usan ahora en países desarrollados en las que, como si fuera una manguera que al romperse se coloca otra manguera de materiales especiales que abrace los dos extremos para que siga pasando el agua; nosotros tratamos de crear un andamio en el que se generen las celdas nerviosas de tal manera que exista recolección del nervio, la recuperación de su función y de la movilidad de la extremidad”, expresó.

El CICY colabora en diversos aspectos de la ingeniería tisular con laboratorios de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), la Universidad de San Luis Potosí y la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), así como con instituciones inglesas, canadienses y españolas a través de estancias doctorales y posdoctorales.

El futuro de la ingeniería en tejidos

Actualmente los avances han contemplado la regeneración de uretras y vejigas en el campo de la investigación. Para cada tejido es necesario hacer un soporte que conlleva un largo proceso científico, y aún falta un largo tiempo para que las personas puedan adquirir de manera común los tejidos que necesiten en los hospitales y las farmacias.

“A corto plazo se podrán tener tejidos para la vejiga, la uretra y la piel; a mediano plazo un riñón, la reparación de hueso; y el futuro a largo plazo es poder obtener un corazón, por ejemplo. Ya no se necesitarán donantes y no habrá rechazo porque el corazón será obtenido a partir de tus células. Así es como veo el futuro de la ingeniería de tejidos”, concluyó Cervantes Uc.

Fuente: CONACYT.