Columna invitadaTecnología

El Hombre 2.0 (parte 6)

No es posible obtener resultados diferentes, haciendo sistemáticamente lo mismo”: Albert Einstein


David Moisés Terán Pérez *

Estimadas(os) lectoras(es) de esta columna invitada semanal. Buenos días. Le deseo a ustedes un extraordinario, productivo y gran martes. Y hoy, continuando con la saga titulada: El Hombre 2.0, seguiremos desarrollando contenido respecto al interesante tema relacionado con los órganos artificiales, sus categorizaciones, y sus muy diversas aplicaciones. Hoy trataremos sólo dos aplicaciones: La ingeniería de los tejidos y los Andamios 3D. La próxima semana, veremos otras técnicas y aplicaciones de los órganos artificiales.

  • La ingeniería de los tejidos: Es una especialidad compleja que engloba técnicas como la terapia génica, la descelularización de órganos donados, las transfusiones, los trasplantes, la impresión 3D, etcétera. Durante años, se han perfeccionado los cultivos celulares in vitro, que recrean ciertos ambientes muy útiles para el desarrollo de fármacos. En los últimos tiempos, se empiezan a replicar pequeños órganos en los laboratorios, usando cultivos en los cuales, crecen diferentes líneas celulares a partir de células madre. Estas células establecen relaciones entre ellas, y favorecen la reproducción de nuevas estirpes celulares, hasta crear un órgano con una función. Un ejemplo son los órganos-en-chips (organs-on-chips, OOC), que en nada se parecen físicamente a los órganos cuya función intentan emular. Los investigadores han conseguido conectar varios órganos distintos entre ellos, creando circuitos que funcionan como si se tratase de un cuerpo casi completo. Es decir, la ingeniería de los tejidos, también conocida como medicina regenerativa, es la rama de la Bioingeniería que se sirve de la combinación de células, de métodos de ingeniería de los materiales, de la bioquímica y de la fisicoquímica, para mejorar o para reemplazar funciones biológicas. Mientras la mayoría de definiciones de la ingeniería de tejidos cubre un amplio rango de aplicaciones, en la práctica, el término está íntimamente relacionado con las aplicaciones de reparar o de reemplazar parcial o totalmente tejidos (por ejemplo: Huesos, cartílagos, la válvula cardiaca, la vejiga, etcétera). A menudo, los tejidos implicados requieren ciertas propiedades mecánicas y estructuras para su propia función. En el fondo, incluye también las transfusiones, los trasplantes, y las terapias génicas. Esta ingeniería de los tejidos, es una especialidad que aplica los principios de la ingeniería y de las ciencias de la vida, a la fabricación de sustitutos biológicos que mantengan, mejoren y/o restauren la función de órganos y de tejidos en el cuerpo humano. De naturaleza eminentemente interdisciplinaria, la ingeniería de tejidos incluye conceptos de ramas tan diversas como la biología celular, la micro-fabricación, la robótica y la ciencia de los materiales, para diseñar partes de reemplazo del cuerpo humano. El término ha sido también aplicado a los esfuerzos de diseño de funciones bioquímicas usando células junto con sistemas de soporte creados artificialmente (por ejemplo: Un páncreas artificial, o un hígado artificial). En la mayoría de los casos, la creación de los tejidos y de las estructuras biológicas in vitro, requiere un considerable conocimiento de la célula para garantizar su supervivencia, su crecimiento, e incentivar su funcionalidad. En general, los requerimientos básicos de las células deben ser mantenidos durante su cultivo e incluyen: Oxígeno, pH, humedad, temperatura, nutrientes y el mantenimiento de la presión osmótica. El proceso de cultivo celular presenta problemas adicionales en el mantenimiento de las condiciones óptimas. Otro campo de la ingeniería de tejidos, es la introducción a los propios factores o a la estimulación requerida, para inducir las funciones vitales. En muchos casos, el mantenimiento del cultivo celular no es suficiente. Factores de crecimiento, hormonas, metabolitos específicos o nutrientes, estímulos químicos y físicos; son en ocasiones sumamente necesarios. Por ejemplo, ciertas células responden a cambios en el oxígeno como parte de su desarrollo normal, como pueden ser los condrocitos [los condrocitos, elaboran los componentes estructurales del cartílago], el cual debe adaptarse a condiciones de baja concentración de O2 o hipoxia, durante los desarrollos esqueléticos. Otros, como las células endoteliales [el endotelio, se puede definir como una monocapa, que separa los tejidos de la sangre], responden a una tensión cortante desde el fluido que fluye, el cual se encuentra en los vasos sanguíneos [Buchwald & Martins, 2022].
  • Una tecnología diferente es la que usa “Andamios 3D”: En los cuales, se cultivan después varias estirpes celulares que van degradando el polímero, y sustituyéndolo por tejido biológico con la forma del órgano original. La consistencia de estos órganos es demasiado blanda, y algunas líneas de investigación someten estos órganos a cambios de temperatura, flujos de aire y de líquidos, etcétera; para que desarrollen nuevas células y tejidos que aumenten su resistencia, y puedan sobrevivir en un cuerpo real. Otro problema recurrente es la dificultad que presentan para desarrollar vasos sanguíneos (angiogénesis), para lo que necesitan ser implantados en animales vivos. Además, para que el trasplante en humanos se haga realidad, se necesita mucha más investigación en estrategias de terapia y modulación génica, que prevengan el rechazo y el daño por isquemia-reperfusión. Es decir, se utilizan andamios 3D que fungen como guías y soportes para el transporte celular y molecular. Estos sirven para reemplazar parte de hueso, o de órganos dañados que han dejado de desarrollar su función. Los andamios pueden ser fabricados con diferentes materiales como: Colágeno, hidrogeles, nano fibras y biopolímeros. El desarrollo de los andamios, tiene que cumplir con las siguientes características:
  • Biocompatibilidad.
  • Inerte al medio.
  • Degradación paulatina mediante el crecimiento celular y tisular.
  • Porosidad adecuada para la sujeción celular.
  • Derivados del material no tóxicos.

En este sentido los nanotubos de carbón, son firmes candidatos para convertirse en “andamios” para órganos, ya que son bio-compatibles, resistentes a la biodegradación, y pueden ser funcionales con biomoléculas (Sánchez Navarro, 2018).

Como puede observarse de lo descrito anteriormente, el desarrollo en la investigación médica y los avances tecnológicos, están logrando mejorar la calidad y la esperanza de vida de las personas. Actualmente, es posible lograr que una persona pudiera vivir más de cien años; empero, aún existen aspectos que inhiben que una persona que llegue a vivir entre los 100 y los 120 años, pudiera gozar de una cabal salud; ya que aunque existen ciertos órganos artificiales, prótesis y tratamientos médicos que ayuden a esas personas en su calidad de vida; también hay deterioro funcional en el cerebro, cierto daño sanguíneo y otras disfuncionalidades orgánicas, que harían impensable, que la inmortalidad en los seres humanos, esté cercana. Sin embargo, la Ciencia Médica, continúa desarrollándose y asombrándonos positivamente cada día más. ¡Muy interesante! (Continuará…)

Referencias:

Buchwald, J. E. & Martins, P. N. (2022). Designer organs: The future of personalized transplantation. Artif Organs, vol. 46, num. 2; p.p. 180-190.

Sánchez Navarro, I. (2018). Prótesis biónicas, biología y tecnología. Panorama Actual Médico, vol. 42, núm. 411; p.p. 256-259.

Ingeniero Mecánico Electricista por la UNAM. Especialidad en Habilidades Docentes por la UNITEC. Maestro en Microelectrónica por la Université Pierre et Marie Curie de París. Maestro en Alta Dirección por el IPADE. Maestro en Ciencias de la Educación por la UVM. Doctor en Educación por la UPN. Académico en la UNAM por 30 años. Director de los Centros Autorizados de Servicio (CAS) en Hewlett-Packard de México. Líder de Proyecto Eléctrico en Siemens México. Autor de siete libros publicados por Alfaomega Grupo Editor. Dos títulos más en la Editorial Umbral. Además de ser conferencista nacional e internacional. Actualmente, es el CEO del Centro Evaluador en Competencias Laborales “Liderazgo en Certificación”, LICERT, S.A.S. de C.V., avalado por el CONOCER y la SEP. dmtp040964@gmail.com

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