En un laboratorio con poca luz en Winston-Salem, Carolina del Norte, se encuentra una máquina que es, en muchos sentidos, similar a una impresora de escritorio estándar. Tiene depósitos de tinta y boquillas, un ventilador interno para mantenerlo fresco y un conjunto de conectores de entrada que se pueden usar para conectarlo a una computadora cercana. Está sujeto a la mermelada ocasional. Y sin embargo, el dispositivo de acero y plástico de 800 libras es diferente a todo lo que haya encontrado, porque lo que imprime está vivo: millones y millones de células humanas vivas, contenidas en un gel viscoso y tejidas a través de delicados soportes biodegradables en un simulacro vibrante de tejido humano.
De esta historia
Regeneración de tejido in situ: reclutamiento de células huésped y diseño de biomateriales
Comprarcontenido relacionado
- Saving Face: cómo un cirujano pionero está empujando los límites de los trasplantes faciales
A numerosos científicos e ingenieros les llevó una década construir y refinar el Sistema Integrado de Impresión de Tejidos y Órganos, o ITOP. Sin embargo, en última instancia, es la creación de un hombre soltero: un médico de 59 años de cabello despeinado llamado Anthony Atala. Nacido en Perú y criado en las afueras de Miami, Atala, hoy director del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa, ha pasado la última década intentando imprimir órganos vivos.
"Para mí, todo comenzó en Boston, a principios de la década de 1990", recuerda el cirujano urólogo y biotecnólogo. "Porque fue entonces cuando realmente me encontré cara a cara con la escasez de órganos para trasplantes". En ese momento, Atala estaba trabajando en su primer concierto post-facultad de medicina, como investigador en la Facultad de Medicina de Harvard. Cada semana, durante sus rondas en el Boston Children's Hospital, conocía a otro paciente joven que había pasado meses o incluso años esperando un órgano de reemplazo. Algunos murieron antes de encontrar un reemplazo de riñón o hígado. Otros tuvieron respuestas inmunológicas severas a los órganos trasplantados. Atala creía que la solución era clara, aunque exagerada: órganos cultivados en laboratorio cultivados de las propias células de un paciente e implantados quirúrgicamente en el cuerpo.
"En ese momento, sonaba muy de ciencia ficción", recordó Atala, "pero estaba seguro de que era el futuro". En 1999, en un experimento histórico, Atala y un equipo de investigadores del Laboratorio de Ingeniería de Tejidos y Terapéutica Celular El Children's Hospital construyó vejigas de reemplazo para siete niños con una forma severa de espina bífida, una enfermedad debilitante que puede afectar el tracto urinario y los intestinos. Para construir los órganos, los investigadores primero construyeron andamios, o bases, de colágeno y polímero sintético. Tomaron muestras de tejido de los pacientes y cultivaron las células de ese tejido en líquido. Luego cubrieron los cimientos con las células del paciente relevante (células musculares en el exterior y células de la vejiga en el interior) y permitieron que las células se "cocinen" o crezcan en el andamio.
Siete años después de que la primera de las vejigas hechas a medida se implantaran en los pacientes, Atala y Alan Retik, un urólogo del Children's Hospital, anunciaron que los siete pacientes estaban en buen estado de salud. Era la primera vez que los órganos cultivados en laboratorio se usaban con éxito como sustitutos de sus contrapartes biológicas enfermas. Un periódico aclamó los resultados como "un Santo Grial de la medicina".
Atala estaba complacido. Pero sabía que construir órganos a mano implicaba demasiado tiempo y esfuerzo para satisfacer la demanda. Lo que realmente se necesitaba era un poco de automatización al estilo Henry Ford. En 2004, Atala acordó encabezar una iniciativa de este tipo en Wake Forest, que no está lejos del Triángulo de Investigación de Carolina del Norte, un centro de biotecnología y base de operaciones para un puñado de empresas de impresión 3D.
Cuando pueda solicitar una nueva parte del cuerpo en línea, tendrá que agradecerle a este médico.Originalmente desarrolladas para la fabricación, las impresoras 3-D habían avanzado a mediados de la década de 2000 más allá de los plásticos. Piense en un material, y es probable que alguien lo estuviera imprimiendo: nylon, acero inoxidable, chocolate. "Vi una alineación entre la institución y el estado para centrarse realmente en la biotecnología", dice Atala. "Sabía que si íbamos a impulsar estas tecnologías a los pacientes, necesitábamos esa infraestructura y soporte".
A lo largo de los años, Atala y su personal han podido desarrollar impresoras capaces de imprimir andamios personalizados de órganos humanos, que podrían recubrirse manualmente con células humanas o animales. Luego construyeron una impresora que podía imprimir células de la piel directamente en un paciente, aunque en cantidades extremadamente pequeñas. Pero la impresión de tejido resultó ser un gran desafío, en parte porque el tejido en expansión también requiere un flujo constante de sangre y nutrientes. Podrían imprimir las células para un órgano, o podrían imprimir vasos sanguíneos y otros tejidos de soporte, pero no pudieron imprimir ambos al mismo tiempo de tal manera que el órgano sobreviviera.
Luego vino el ITOP, con sus tecnologías innovadoras esenciales. Los depósitos únicos mantienen vivas las células humanas y animales durante más tiempo que los modelos de impresoras anteriores; y agujas o chorros extremadamente precisos, imprimen una red de "microcanales", que miden 200 micrones cada uno, en el biomaterial. Estos vasos permiten que los nutrientes fluyan a través del tejido. En un artículo publicado a principios de este año en Nature Biotechnology, Atala y cinco investigadores de Wake Forest revelaron que el cartílago, el hueso y el tejido muscular impreso en el ITOP se habían implantado con éxito en roedores y que, dos meses después, el tejido había desarrollado un sistema de sangre. vasos y nervios Es probable que se realicen pruebas en pacientes humanos durante el próximo año, en espera de la aprobación del gobierno.
No hace falta un futurista comprometido para comprender las implicaciones. Si y cuando una máquina como la ITOP entra en producción comercial, algún día podría ser posible "ordenar" un pedazo de piel de reemplazo. A medida que las máquinas mejoran, pueden evolucionar desde la impresión de la piel hasta la impresión de órganos extremadamente complejos, como los riñones. Los hospitales de todo el mundo estarían equipados con los descendientes de la ITOP. La escasez de órganos sería cosa del pasado.
Ese es el sueño que llevó a Atala a la biotecnología, y continúa manteniéndolo en marcha. Pero Atala aconseja paciencia: las pruebas de material bioimpreso en humanos podrían llevar años. Mientras tanto, ha mantenido su práctica de urología y aún atiende a numerosos pacientes a la semana, además de períodos en el quirófano. "Eso es importante para mí", dice, "porque es un recordatorio de a quién le estás sirviendo, para quién estás haciendo esto". El objetivo de esta tecnología es mejorar la vida de los pacientes. Punto final ".
Suscríbase a la revista Smithsonian ahora por solo $ 12
Este artículo es una selección de la edición de diciembre de la revista Smithsonian
Comprar
