El futuro de la Medicina Regenerativa y de la ingeniería de tejidos cardiacos

En la actualidad, las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en el mundo; mientras que la cardiopatía isquémica, conocida comúnmente como infarto, es la primera en la UE. Cuando las arterias que van al corazón sufren un estrechamiento, el flujo de sangre disminuye y se produce un desequilibrio en el aporte de oxígeno al miocardio. Esto, a su vez, provoca la muerte de las células en una zona del corazón, de manera que no pueden cumplir sus funciones básicas. Hoy en día, ante un infarto masivo, la única alternativa para el paciente es el trasplante, ya que el corazón no tiene la capacidad de regenerar ese daño celular. 

Para poder dar en un futuro otras vías de tratamiento a las personas que padecen este tipo de patologías, se están desarrollando diversos proyectos dentro del campo de la Medicina Regenerativa y, de manera más concreta, en la ingeniería de tejidos. Uno de ellos es CARDIOPRINT, que busca desarrollar la metodología de trabajo y la tecnología necesarias para fabricar tejido cardiaco humano a escala de órganos. Este es un proyecto financiado al 100% por la convocatoria de líneas estratégicas del Ministerio de Ciencia e Innovación y se basa en un consorcio multidisciplinar para lograr los objetivos planteados. Entre sus socios encontramos a expertos tecnológicos en el campo del modelado computacional y de la inteligencia artificial como el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y la Universidad de Zaragoza; expertos médicos como la Fundación Investigación Biomédica Hospital Gregorio Marañón; y desarrolladores tecnológicos como Leartiker, NanoGUNE y Nadetech.

Esta investigación está basada en un modelo animal porcino, ya que el cerdo es el animal con el sistema cardiovascular más similar al del ser humano. “En este campo, cualquier cosa que se prueba en el ratón funciona, pero cuando se cambia el modelo las cosas son distintas. Nosotros pensamos que tenemos que ir directamente a animal grande porque así nos aseguramos, en mayor medida, de que la traslación al paciente va a ser mucho más eficaz”, explica el Dr. Manuel Mazo, investigador del Programa de Medicina Regenerativa del Cima y coordinador científico del proyecto. 

El primer paso es saber qué estructura hay que fabricar para que el corazón del cerdo enfermo se comporte como el de un cerdo sano. “El grupo de trabajo de la Universidad de Zaragoza se encarga de realizar un estudio de gran precisión de las estructuras cardiacas de ambos animales por medio de modelado computacional y de inteligencia artificial”, declara el Dr. Mazo. 

Una vez realizado este estudio, hay que imprimir la estructura. “Hoy en día existen todo tipo de tecnologías de impresión 3D. Nosotros planteamos dar un paso adelante tecnológicamente y unir varias”, apunta el doctor. De esta manera, se empleará un sistema de impresión 3D normal de material plástico para crear los moldes de la estructura; una tecnología de impresión 3D especializada (Melt Electrowriting) para fabricar filamentos de polímeros que harán la función de andamiaje para anclar las células y que, por su tamaño (diez micras) sirven de guía para orientarlas en una dirección concreta; y, por último, la bioimpresión. 

Otro de los objetivos del proyecto es el desarrollo de biomateriales con conductividad eléctrica. “El tejido cardiaco, al ser un músculo, responde al estímulo eléctrico; y varios estudios demuestran que los materiales con capacidad conductora pueden mejorar el tejido cardiaco enfermo”, puntualiza el Dr. Mazo. En estos biomateriales se encontrarán suspendidas las células cardiacas e irán rellenando todo el andamiaje o estructura que previamente se ha impreso. 

Pero para llegar a ese punto, hay que obtener los tipos celulares necesarios para poblar el corazón (cardiomiocitos, células estromales, etc.). De esta tarea se encarga el equipo de investigadores de la Clínica Universidad de Navarra, con los doctores Felipe Prósper y Manuel Mazo a la cabeza, y el grupo del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC). Todas estas células caracterizadas se consiguen gracias a las células iPSC (células madre pluripotentes inducidas). “Al final de todo esto, habremos creado un parche con la estructura y las células necesarias para regenerar ese corazón enfermo; es decir, va a ser un parche contráctil”, expone el doctor. 

Por último, hay que “entrenar” el músculo para que sea capaz de resistir la presión que se genera en un órgano como el corazón. Para ello, el centro tecnológico Leartiker va a fabricar un pequeño dispositivo que obligue al músculo a contraerse con una resistencia para hacerlo más potente. 

Finalmente, una vez terminado, el parche se trasplantará al cerdo enfermo para comprobar los resultados. “El encargado tanto del modelo animal como de los trasplantes es el Laboratorio de Órganos y Matrices Bioartificiales del Hospital Gregorio Marañón, que son un referente internacional en este área”, declara el Dr. Manuel Mazo. 

¿Qué son las células iPSC?

Se trata del acrónimo de células madre pluripotentes inducidas (induced pluripotent stem cell, según sus siglas en inglés). Hasta 2006, la única manera de obtener células pluripotentes, es decir, que pueden formar todos los tipos celulares del adulto en el ser humano, era a partir de un embrión (células embrionarias).

Sin embargo, con la tecnología de las iPSC se parte de una célula de un individuo y, por manipulación genética, se transforma en una célula pluripotente. “Se comporta exactamente igual que una embrionaria, pero no proviene de un embrión y, además, puede venir potencialmente del mismo paciente que va a necesitar el tratamiento con esas células, por lo que no tendrías necesidad de inmunosupresión”, puntualiza el doctor Mazo.