Innovaciones en órganos artificiales

Los órganos artificiales se describen a menudo como el Santo Grial de la bioingeniería, un importante campo de investigación que se encuentra en la intersección de la medicina, las ciencias de la vida y la ingeniería. La importancia y la urgencia de los órganos artificiales se conocen desde hace tiempo: los textos médicos de hace varios siglos contienen ideas que describen su diseño, por muy fantasiosas y poco prácticas que sean. El primer avance real en el diseño de órganos artificiales se produjo en 1982, con Jarvik-7, el primer corazón artificial completamente funcional que se implantó con éxito en un ser humano. El investigador médico Robert Jarvik y el inventor Willem Kolff son los responsables del diseño del Jarvik-7. Kolff tiene en su haber otras innovaciones, como el primer riñón artificial (máquina de diálisis) y la máquina cardiopulmonar, y es conocido por ser un ávido defensor de los procedimientos de transfusión de sangre, todo lo cual refleja su entusiasmo y su creencia en ayudar al cuerpo humano a seguir funcionando incluso cuando sus órganos dejan de funcionar. Por estas innovaciones e ideologías, se le considera el padre de los órganos artificiales.

Hoy en día, a pesar de los notables avances en materia de trasplantes, la importancia de los órganos artificiales no ha disminuido. En todo caso, la larga lista de espera y la duración de la misma hacen necesarias alternativas eficaces e inmediatas al trasplante de órganos. La Red Unida para la Compartición de Órganos, una organización estadounidense sin ánimo de lucro que administra la red de donación de órganos, calcula que más de 120.000 estadounidenses -más de 100.000 de los cuales necesitan un riñón- están en lista de espera para recibir órganos que les salven la vida. El futuro receptor medio de un riñón tiene una espera de 3,6 años, y al menos 20 personas que esperan un órgano mueren cada día.

Los órganos artificiales podrían resolver la escasez de trasplantes

La idea de un corazón disponible en el mercado que pueda sustituir a uno defectuoso es una propuesta tentadora, que unas cuantas empresas han intentado llevar a cabo. Entre ellas destaca BiVACOR, de Houston (Texas). El dispositivo de corazón artificial total (TAH) de BiVACOR, de nombre homónimo, es una opción disponible para los pacientes con insuficiencia cardíaca en fase terminal que no reúnen los requisitos para un trasplante. Otra empresa importante, SynCardia Systems (Tucson, Arizona), ha desarrollado un dispositivo TAH temporal -un sistema implantable que puede asumir las funciones del corazón- para pacientes que sufren insuficiencia cardíaca biventricular en fase terminal. El dispositivo está destinado a utilizarse únicamente como puente para el trasplante de corazón de un donante, y es el único aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU. y las juntas reguladoras de la Unión Europea y Canadá.

Con la llegada de la impresión 3D y la ingeniería de tejidos, se puede pensar más allá de las bombas electromecánicas que pueden servir de corazón para visualizar uno artificial de, literalmente, carne y hueso. La carrera por desarrollar un órgano artificial funcional basado en tejidos que imite a los órganos en sus funciones físicas y fisiológicas, como la secreción de hormonas, la nutrición de la vasculatura y el crecimiento y modelado a medida que el individuo crece.

Stephen Badylak, profesor y subdirector del Instituto McGowan de Medicina Regenerativa de la Universidad de Pittsburgh, está trabajando en un hígado funcional apto para el trasplante. El método de Badylak consiste en recoger las células madre de un paciente y cultivarlas en andamios tridimensionales especialmente diseñados. La esperanza es que estas células se conviertan en un órgano funcional cuando se les suministren los nutrientes adecuados para su crecimiento. Como las células se obtienen de los propios pacientes, se evitan los problemas de rechazo del órgano y la respuesta inmunitaria.

Órganos artificiales para la investigación médica

Aunque el retraso en la producción de un órgano totalmente funcional y con las mismas dimensiones decepcionará al mercado de los trasplantes de órganos, sigue siendo una noticia digna de aplauso. De hecho, toda la industria farmacéutica espera con ansia tejidos que se asemejen a los tejidos humanos reales. Tales análogos son de gran importancia para las pruebas de medicamentos.

Organovo, con sede en San Diego, ha estado a la vanguardia de la comercialización de la bioimpresión de tejidos en 3D para la investigación médica. La empresa ha imprimido con éxito parches de tejidos del hígado, el pulmón, el corazón y los riñones para que los utilicen sus socios de investigación. La línea ExVive de tejidos de hígado y riñón humanos de la empresa se utiliza en estudios toxicológicos y otras pruebas preclínicas de medicamentos. Esta aplicación de órganos artificiales tiene un enorme potencial para acelerar el proceso de desarrollo de fármacos, disminuir los costes y reducir la necesidad de realizar ensayos clínicos y con animales. De hecho, L’Oreal, la empresa mundial de cosméticos, se abastece de tejidos de piel humana impresos en 3D de Organovo con el objetivo de reducir las tan denostadas pruebas con animales. L’Oreal ya es propietaria de la patente de Episkin, un producto de piel de ingeniería tisular desarrollado mediante la incubación de células cutáneas donadas por pacientes de cirugía. La asociación con Organovo permitiría a L’Oreal imprimirlas con mayor facilidad y según las necesidades.

La piel electrónica puede dar a los robots un toque «humano»

La piel es el mayor órgano del cuerpo humano, y uno muy complejo. Recrear la piel implica impartir las sensaciones de tacto, presión y temperatura al material artificial. Una piel artificial de este tipo sería, sin duda, de gran valor para las víctimas de quemaduras y los pacientes sometidos a grandes intervenciones quirúrgicas. Sin embargo, una aplicación que ahora es el combustible de las películas de ciencia ficción podría ser pronto una realidad: dotar a los robots de entradas sensoriales.

SmartCore, un proyecto financiado por el Consejo Europeo de Investigación y ejecutado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Graz, en Austria, pretende crear un material que responda a estímulos variados. Para lograrlo, el equipo ha desarrollado un novedoso material revestido con un conjunto de nanosensores cuya sensibilidad supera con creces la de la piel humana. Aunque todavía se encuentra en una fase inicial, el equipo está diseñando un núcleo «inteligente»: un polímero que se expande cuando se expone a la humedad y a la temperatura y que está revestido de una capa piezoeléctrica que produce una corriente eléctrica cuando se aplica presión. Estos núcleos reciben los estímulos y los transmiten al sistema robótico. El equipo aspira a mostrar el prototipo en 2019, tras lo cual se explorarían aplicaciones específicas.

Un útero artificial genera esperanza para los bebés prematuros

En abril de 2017, investigadores del Centro de Diagnóstico y Tratamiento Fetal del Hospital Infantil de Filadelfia anunciaron -y publicaron- que habían desarrollado el primer útero artificial del mundo. Apodados BioBag, estos «úteros» se asemejan a bolsas Ziploc con tubos de líquido amniótico, oxígeno, nutrientes y sangre que entran y salen. En el interior de las bolsas, sin embargo, los investigadores lograron nutrir corderos fetales.

En agosto de 2017, un útero similar fue ideado por un grupo no relacionado: investigadores de la Fundación de Investigación de Mujeres e Infantes en Australia, la Universidad de Australia Occidental y el Hospital Universitario de Tohoku en Japón. Acertadamente bautizada como terapia de entorno uterino ex vivo (EVE), ha despertado las expectativas de un entorno similar a un útero viable y repetible.

El camino por delante

Frost &Sullivan cree que el camino por delante de los órganos artificiales está allanado por investigadores entusiastas, organismos de financiación y un ecosistema de colaboración. Sin embargo, también hay obstáculos en forma de problemas éticos, requisitos normativos, coste de los dispositivos y problemas de seguridad por la falta de datos clínicos a largo plazo. La respuesta serían desvíos que aún pueden llevar a destinos lucrativos. El uso de tejidos de piel artificial para la investigación médica y cosmética es un ejemplo. Del mismo modo, un útero artificial para gestar un embrión humano sería una tarea de gran envergadura, que desenterraría numerosas cuestiones éticas, morales y legales; sin embargo, una ruta aceptable por el momento sería utilizar el útero para salvar las vidas y mejorar la salud de los millones de bebés prematuros que nacen cada año.