¿Cuáles son las implicaciones médicas de poder imprimir tejido vivo?

La ingeniería tisular es un campo notablemente complejo que vincula conceptos principales de biología, ingeniería química, fisiología y física. El objetivo principal de la ingeniería de tejidos es reemplazar o aumentar la función del tejido o del órgano, y para este fin, la bioimpresión es de gran utilidad para recapitular la compleja arquitectura de los tejidos. Sin embargo, para comprender las posibles aplicaciones, ventajas y dificultades de la bioimpresión, primero debe comprender el estado del arte de la ingeniería de tejidos en general.

Como mencionó Tirumalai Kamala, Anthony Atala es un líder actual en el campo de la ingeniería de tejidos y ha demostrado con éxito la generación e implantación de varios órganos huecos, como la uretra [1], la vagina [2] y la vejiga [3]. Aunque polémico, el Dr. Paolo Maccharini ha aplicado métodos similares para generar tráqueas diseñadas para su implantación en pacientes humanos [4]. El Dr. Atala y el Dr. Macchiarini han utilizado con éxito células de pacientes autólogas junto con matrices y biorreactores diseñados para promover la supervivencia de constructos tridimensionales diseñados y promover su organización y diferenciación antes de la implantación. El éxito de estos órganos huecos implantados se puede atribuir a la capacidad de los biorreactores para mantener el transporte de nutrientes, desechos y gases en el tejido relativamente delgado de cada órgano anterior, ya que los tejidos pueden necrosarse en escalas de longitud de más de 100 um de un nutriente fuente, probablemente debido a la falta de oxígeno y la acidez generada como resultado del transporte insuficiente de dióxido de carbono lejos del tejido metabólicamente activo [5].

Sin embargo, existe una necesidad médica crítica de trasplantes de hígado, corazón, pulmón y riñón [6] , y para estos órganos tridimensionales, sólidos y complejos, se requiere un enfoque diferente para construir la arquitectura compleja y mantener la viabilidad, diferenciación y organización de las células dentro de la matriz tisular diseñada.

Algunos estudios recientes han demostrado que los organoides pulmonares modificados [7], los organoides renales [8], los organoides hepáticos [9] y los organoides cardíacos [10] pueden recapitular parte de la arquitectura, la composición celular y ECM, la vascularización, la inervación neuronal y la función del tejido in vivo , pero estos organoides representan una prueba de concepto y hasta la fecha no son implantables en humanos (aunque algunos han demostrado un grado de éxito en los estudios de implantación del ratón). La bioimpresión es un método posible para generar la compleja arquitectura tisular de corazón, pulmón, riñón e hígado, pero sigue habiendo una capacidad limitada para generar tejidos 3D complejos de un tamaño necesario para el trasplante y una función adecuada en el paciente. La bioimpresión puede proporcionar una ventaja sobre las estrategias descritas anteriormente ya que puede generar de forma reproducible tejidos con una arquitectura compleja y puede localizar tipos de células particulares dentro del constructo para demostrar redes neuronales y vasculares dentro del tejido. Como se mencionó, las limitaciones de transporte restringen actualmente el tamaño posible de un tejido diseñado, pero los avances en ingeniería vascular, incluida la bioimpresión de redes vasculares, pueden mejorar la vascularización de los tejidos modificados para perfundir el tejido diseñado con nutrientes y gases similares al tejido in vivo .

Los órganos impresos tienen el potencial de reducir la dependencia de los trasplantes de órganos de los donantes y de reducir el tiempo de espera para que los pacientes reciban un reemplazo de órganos que les salve la vida. Los beneficios clínicos de los órganos impresos no pueden subestimarse, pero las ventajas del tejido impreso también pueden relacionarse con la necesidad de sistemas microfísicos más relevantes en la eficacia de los medicamentos, la seguridad de los medicamentos y las aplicaciones de evaluación de toxicidad. El cribado típico de la eficacia y el fármaco del fármaco y la evaluación de la toxicidad del compuesto implica un cultivo en 2D de uno o más tipos de células en un contexto que no es fisiológicamente relevante. Los organoides presentan la oportunidad de recapitular la función del órgano a pequeña escala, y como tales, son tremendamente valiosos para imitar la estructura y la función de un órgano para evaluar con mayor precisión la toxicidad o eficacia de un fármaco candidato o supuesto tóxico. La tecnología de órgano en un chip puede proporcionar un marco con el cual generar sistemas de órganos [11] para aplicaciones que incluyen ADME-Tox (absorción, distribución, metabolismo y toxicidad de excreción) en donde la toxicidad de un compuesto está influenciada por su metabolismo por el hígado, riñón y otros órganos.

Las bioimpresiones de tejidos pueden facilitar enormemente las aplicaciones de órgano en un chip y, en última instancia, cuerpo en un chip, aunque se requerirán avances en las técnicas de cultivo celular (incluida la tecnología de microfluidos) para perfundir sistemas de órganos de ingeniería con nutrientes que promuevan la supervivencia y función de varios órganos únicos simultáneamente [12]. Cada órgano en un sistema prototípico de órganos requiere una tasa de flujo separada y puede requerir diferentes suplementos de crecimiento para mantener la función tisular, y esta limitación deberá abordarse antes de que se pueda alcanzar todo el potencial de la tecnología de órgano en un chip para el medicamento y aplicaciones de detección de tox. No obstante, la impresión de tejidos es una herramienta tremendamente valiosa para establecer arquitecturas de tejidos complejas para aplicaciones en medicina regenerativa y para el examen microfísico de la eficacia de los medicamentos o las aplicaciones de seguridad compuesta y evaluación de riesgos.

Notas a pie de página

[1] Uretra autóloga de ingeniería tisular para pacientes que necesitan reconstrucción: un estudio observacional

[2] http://www.thelancet.com/pdfs/jo …

[3] Vejigas autólogas de ingeniería tisular para pacientes que necesitan cistoplastia.

[4] El primer trasplante de vía aérea diseñado con tejido: resultados de seguimiento de 5 años.

[5] Mejora de la microcirculación coronaria: un objetivo deseable que ayuda a reducir la incidencia de eventos coronarios

[6] Descripción general del trasplante de órganos sólidos y criterios de selección

[7] Ingeniería de montaje de novo de organoides pulmonares fetales.

[8] Los organoides renales de células iPS humanas contienen múltiples linajes y nefrogénesis humana modelo.

[9] Hígado humano vascularizado y funcional de un trasplante de brote de órgano derivado de iPSC

[10] Cámaras de organoides cardíacos diseñados: hacia un ventrículo modelo biológico funcional.

[11] Organ-on-a-chip

[12] http://wyss.harvard.edu/staticfi …

La ingeniería tisular tiene como objetivo regenerar los tejidos enfermos a través de una combinación de procesos in vitro e in vivo. El sustituto de la piel con ingeniería tisular no puede simular por completo la complejidad de la piel humana, ya sea en forma o función. Sin embargo, los avances en la ingeniería de tejidos y el desarrollo de nuevos sustitutos del tejido de la piel están proporcionando importantes oportunidades en el tratamiento de pacientes con quemaduras, especialmente en el caso de grandes quemaduras. La cicatrización de quemaduras y heridas crónicas implica un proceso de múltiples etapas que requiere una armonización intrincada de diferentes tipos de células, tales como queratinocitos, fibroblastos, melanocitos y células endoteliales dentro del entorno de curación de heridas. El manejo de las quemaduras y las heridas complejas que no cicatrizaban era una forma de reducir la morbilidad y lograr una supervivencia satisfactoria previamente. Sin embargo, los sustitutos de la piel de ingeniería tisular lo han llevado al siguiente nivel al mejorar el pronóstico a largo plazo, la función y la estética de las heridas cicatrizadas.

Los grandes defectos de la piel resultantes de quemaduras, traumatismos, nevos gigantes congénitos y enfermedades pueden conducir a la necrosis de la piel y representar un desafío para lograr la cobertura de la piel. A pesar de la necesidad de mejoras, los sustitutos de la piel diseñados con tejidos se consideran una estrategia prometedora para el tratamiento de quemaduras y lesiones clínicas, así como para estudios bioquímicos en investigación básica. Las lesiones térmicas agudas o las quemaduras requieren un tratamiento médico especial y han afectado a millones de personas en todo el mundo con aproximadamente 265,000 muertes al año. Las mejoras en el cuidado de las heridas por quemaduras y los sustitutos de la piel creados por ingeniería tisular han dado como resultado un aumento en la tasa de supervivencia en casos de quemaduras admitidas en los últimos años. Los sustitutos de la piel con ingeniería tisular se utilizan de manera significativa para reducir las cicatrices y las contracturas de la lesión que conducen a mejorar la calidad de vida de los pacientes.

Lo Bueno debería ser bastante obvio: tejidos humanos baratos e ingentes, e incluso órganos o sistemas de órganos disponibles para las masas en caso de que la investigación sea exitosa. (¡Toma eso, Oryx y Crake!) Perdón, esto no es una broma. Ahora, más que nunca, necesitamos esta tecnología. En todo el mundo, a medida que las personas viven más y más tiempo, las listas de espera para órganos crecen de manera correspondiente:

Sobre la donación de órganos en Singapur

No hay dudas sobre la cantidad de vidas que se pueden salvar. Además, presumiblemente, hay menos posibilidades de rechazo, suponiendo que el paciente cosecha o clona las células. El mercado negro de órganos también se verá seriamente afectado, y la sustracción de órganos ilegal y peligrosa puede comenzar a ver su merecido fin. Tráfico de órganos, adiós.

La capacitación de los médicos también puede tomar un camino diferente, con la esperanza de reducir la carga de los médicos. Las pruebas de admisión médica ahora pueden incluir una sección de sensibilidad tecnológica, porque un MCAT de 7 horas de duración simplemente no es lo suficientemente agotador.

Lo malo no lo es tanto: de repente, puede haber poco o ningún control de calidad. Suponiendo que las impresoras de tejido vivo se pueden hacer con impresoras de inyección de tinta modificadas y células vivas más adhesivos, todos los cuales pueden estar disponibles con algo de dinero, tiempo y esfuerzo, puede sentar las bases para muchas cirugías de back-back o trasplantes. La otra pregunta es nuestra falta de conocimiento sobre los efectos a largo plazo del trasplante, así como los estándares de control de calidad.

Lo feo sería el debate de la ética y la propiedad intelectual. Si tuvieras la capacidad de hacer cualquier tejido vivo, ¿a quién pertenece realmente? ¿Quién determina a dónde va y qué se hace con eso? ¿Quién es responsable cuando algo sale mal? Los fabricantes de la impresora? ¿Las personas en posesión del artículo? ¿Los creadores? ¿Los doctores y cirujanos? ¿O incluso el paciente (por ejemplo, si eligieron un cirujano callejero, si no cuidan la parte, si la nueva parte del cuerpo está dañada)? ¿Todos ellos? ¿Qué enredos legales surgirán? ¿Cómo vamos a hacer frente a un cambio tan grande? ¿Lo cubrirá el seguro o los planes de salud del gobierno? ¿Quién estará protegido y quién se deslizará por las grietas? Si un gobierno lo aprueba pero no otro, ¿qué sucederá entonces? Las preguntas son infinitas, haciéndome pensar que podemos abrir otra caja de Pandora, aunque invariablemente hará más bien que dañar.

Gracias por el A2A, Jonathan.

Esta es realmente la aplicación más valiosa de la impresión 3D. Imagine poder imprimir órganos.

Si alguien recibió un disparo, tuvo cáncer o una enfermedad que dañó un órgano, no estaría en la lista de trasplantes, no se someterá a diálisis ni morirá. O personas que quedan paralizadas por una lesión en la médula espinal.

Obviamente, se necesita mucho trabajo para hacer funcionar los órganos, pero parece que es posible. Piensa en el quinto elemento donde reconstruyen a Lilu con un pedazo de su brazo. Eso es claramente ciencia ficción, pero tenemos que apuntar alto si queremos cambiar la vida de las personas.