Paso a paso, Pankaj Karande ha avanzado de forma constante en la creación de injertos de piel mucho más parecidos a los que produce el propio cuerpo humano y con más posibilidades de ser integrados y aceptados por el organismo de un paciente.
En el avance más reciente que se comenta en un artículo de Tissue Engineering, Karande, profesor asociado de ingeniería química y biológica en el Instituto Politécnico Rensselaer, y el equipo de su laboratorio en Rensselaer, en colaboración con la Facultad de Medicina de Yale, han desarrollado una forma de utilizar la impresión 3D para incorporar vasos sanguíneos a la piel viva que producen. «Ha sido un gran avance», dijo Karande.
Bioimpresión de piel
Los vasos sanguíneos son fundamentales para que la piel bioimpresa sobreviva. Foto: Instituto Politécnico Rensselaer En la última década, la bioimpresión 3D ha desempeñado realmente un papel estelar en el avance del campo de la ingeniería de la piel. Karande publicó uno de los primeros artículos en este campo en el que mostraba que los investigadores podían fabricar una tinta biológica a partir de dos tipos de células humanas vivas y utilizar una impresora 3D para producir una estructura similar a la piel. El procedimiento tradicional para fabricar piel consistía en tomar células, mezclarlas con colágeno y extenderlas en capas finas.
«Se podría comparar con extender mermelada en un trozo de pan en capas», dijo, y añadió que es muy difícil hacerlo manualmente, porque se trabaja con decenas o cientos de micras que necesitan estar cerca de las otras células para una interacción normal.
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La impresión en 3D ha permitido la colocación y disposición precisa de las células en tres dimensiones a una escala muy pequeña: este material puede ser 10 veces más fino que un cabello humano. «Ése ha sido el gran avance que la impresión 3D ha permitido en la ingeniería de tejidos blandos», dijo Karande.
Aunque éste fue un «gran avance», hace unos años el equipo se dio cuenta de que para que los injertos sobrevivan en los pacientes, los vasos sanguíneos son muy críticos. En aquel momento se estaba trabajando mucho en la combinación de células endoteliales y de otro tipo para intentar formar vasos sanguíneos, pero los métodos disponibles no funcionaban.
Incorporación de vasos sanguíneos
El equipo de Karande decidió probar a poner las células que ayudan a formar vasos sanguíneos en un entorno en el que «las células están contentas, para que se multipliquen, crezcan y empiecen a formar el vaso sanguíneo».
La prueba definitiva era: Cuando se ponen en un hueso, ¿el vaso sanguíneo se conecta realmente con el vaso sanguíneo del huésped? «En el laboratorio, podemos mantener vivo el injerto dándole nutrientes, pero una vez que lo colocamos en el hueso necesita sus nutrientes del huésped», dijo Karande.
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La piel que imprimió el equipo de Rensselaer fue injertada en un tipo especial de ratón por el equipo de Yale. Pronto la piel empezó a comunicarse y a conectarse con los propios vasos del ratón. «La integración con la herida, el desarrollo del vaso sanguíneo, las conexiones con los vasos del huésped, la maduración del tejido en la herida fue para nosotros un gran paso adelante», dijo, explicando el proceso en un breve vídeo.
Karande dijo que el mayor reto fue realmente optimizar el sistema en su conjunto después de optimizar los pasos a lo largo del camino. Todo era igual de importante: Desde cosechar células de los pacientes hasta aislarlas, hacer que mantuvieran sus propiedades biológicas, y luego conseguir que todos estos componentes crecieran hasta alcanzar un buen número de células y una densidad celular para fabricar nuevos componentes, y luego mantener el injerto vivo, asegurarse de que fuera estéril, suturarlo en la herida de un animal y mucho más.
«Cada uno de estos pasos requería muchas pruebas. Así que se trataba de un progreso incremental en cada paso, pero cuando se suman todos esos pasos, se obtiene un gran avance», dijo.
CRISPR para un mejor injerto de piel
El siguiente gran paso será trabajar hacia un injerto prefabricado universal que no sea rechazado por el sistema inmunológico de ningún paciente. Personalizar un injerto para cada individuo utilizando sus propias células cosechadas podría llevar semanas o incluso más tiempo, un tiempo que la mayoría de los pacientes que necesitan un injerto no tienen.
Para crear un injerto universal, los investigadores se están preparando para trabajar con CRISPR, una sofisticada tecnología de edición de genes. Apagarán esos marcadores en las células del injerto, que indican al organismo que el injerto es un objeto extraño que debe ser rechazado.
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Además, todavía hay que realizar pruebas a largo plazo. La esperanza es que, a corto plazo, el injerto facilite la cicatrización de las heridas y ofrezca protección al servir de barrera natural. Luego, con el tiempo, las propias células del cuerpo tomarán el relevo y repoblarán el lugar con sus propias células. Normalmente, la piel humana se regenera cada 30 días.
Tras el éxito de los primeros pasos en la creación de injertos de piel viva, los bioingenieros se preparan para crear un injerto universal utilizando CRISPR. Foto: Instituto Politécnico Rensselaer Actualmente, las intervenciones terapéuticas para tratar cualquier tipo de lesión cutánea, sobre todo cuando se trata de pequeños trozos de piel -como en el caso de las úlceras por presión, los pacientes diabéticos o las víctimas de las armas de fuego- implican cosechar piel de otro lugar del cuerpo e injertarla. Esto crea otra herida que hay que tratar.
Existen algunos productos clínicos en el mercado que contienen algunos factores de crecimiento, pero son esencialmente lo que Karande llama «tiritas de lujo», porque evitan la exposición de la herida al medio ambiente. Sin sangre ni nutrientes en el injerto, éste acabará por caerse.
En el caso de los pacientes con quemaduras, todavía hay que trabajar más para tratar las terminaciones nerviosas y vasculares perdidas.
«Como ingenieros que trabajan para recrear la biología, siempre hemos apreciado y sido conscientes del hecho de que la biología es mucho más compleja que los sistemas simples que fabricamos en el laboratorio», dijo Karande. «Nos sorprendió gratamente descubrir que, una vez que empezamos a acercarnos a esa complejidad, la biología toma el control y empieza a acercarse cada vez más a lo que existe en la naturaleza».
Nancy S. Giges es una escritora de tecnología con sede en Nueva York.
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