Regenerar los pulmones dañados manteniendo los vasos sanguíneos intactos.
Excepto por el dolor abrasador ocasional que acompaña a un mal funcionamiento o en la fatiga de una carrera, la mayoría de la gente no presta mucha atención a este órgano que se abre como dos hojas de un tallo y que se encuentra día y noche haciendo fuelle en nuestros pechos.
Tenemos que aceptar que los pulmones son una maravilla de la ingeniería: más de 40 tipos de células encajadas en una matriz delicada pero flexible, bombean continuamente el oxígeno hacia la circulación sanguínea sobre un área que extendida podría cubrir una cancha de tenis. Su exquisita estructura arbórea optimiza la eficiencia del intercambio de gases; desafortunadamente, también hace que un reemplazo saludable de este tejido sea una tarea casi imposible.
En lugar de reconstruir los pulmones desde cero, los científicos toman un enfoque de “reemplazo y actualización»: toman un pulmón enfermo, purgan sus células dañadas e inflamadas y resiembran la matriz vacía con células sanas.
Es un procedimiento intrincado, y lamentablemente las delicadas ramas de los vasos sanguíneos a menudo son completamente destruidas durante el proceso. Sin sangre para entregar oxígeno y nutrientes a las células recién sembradas, el injerto falla.
¿Qué pasa si, pensó el Dr. Gordana Vunjak-Novakovic en la Universidad de Columbia, en lugar de eliminar todas las células de un pulmón donante, limpiamos suavemente sólo las células enfermas en las vías respiratorias sin tocar la circulación sanguínea?
Esta semana, este equipo médico publicó un «acercamiento radicalmente nuevo» a la bioingeniería pulmonar: reconstruir el tejido dejando los vasos sanguíneos intactos.
Cuando los investigadores agregaron células humanas alineadas a las vías respiratorias del pulmón de una rata, las células injertadas — en este caso, células de epitelio — fueron domiciliadas en la ubicación correcta, unidas y crearon un tejido regenerado.
Debido a que la falla pulmonar a menudo proviene de células epiteliares enfermas, dice el autor del estudio Dr. N. Valerio Dorrello, este nuevo método nos permite regenerar los pulmones tratando sólo las células lesionadas.
El Dr. Matthew Bacchetta, que también trabajó en el proyecto, ve el método como una forma «transformadora» de obtener pulmones listos para ser trasplantados. Debido a que los pulmones son notoriamente malos en la reparación de sí mismos, en casos severos la única opción real es un trasplante. Sin embargo, es una apuesta difícil: Sólo un 20 por ciento de los pacientes logran sobrevivir diez años más adelante, el procedimiento es costoso, y la demanda para donantes de pulmón excede por mucho la oferta.
Estos nuevos pulmones «vascularizados» nos acercan un paso más a la penúltima meta: trasplantar los pulmones hechos de las células propias de un paciente, sembradas en un andamio donante de un cadáver o incluso de un primate o de un cerdo.
Utilizando células del mismo paciente, se da al andamio una lectura inmune transparente, disminuyendo el riesgo de rechazo, que es la razón principal por la cual los trasplantes fallan.
«Como cirujano de trasplante de pulmón, estoy muy entusiasmado con el gran potencial de nuestra técnica», dice.
El primer aliento
Construir con ingeniería un tejido pulmonar es casi como lanzar un cohete a la luna. Es quizá lo más ambicioso dentro de la medicina regenerativa.
El pulmón es realmente una selva: a nivel microscópico, cada vía respiratoria se subdivide en formaciones semejantes a un árbol. Contienen alvéolos, pequeñas estructuras parecidas a burbujas donde los pulmones intercambian gas con nuestra sangre. Las arterias y las venas envuelven cada lado de los alvéolos, como si formaran las dos caras de una bolsa de malla.
Por lo menos media docena de estructuras celulares trabajan coordinadamente para mantener las esferas de los alvéolos infladas, protegiendo el órgano contra infecciones, y logrando que funcione la estructura en sus múltiples ramas.
Esta complejidad tridimensional es la razón por la cual descartamos la posibilidad de que los pulmones crezcan desde cero, explica la doctora Laura Niklason, Ingeniera Biomédica de la Universidad de Yale que no participó en el nuevo estudio que ahora comentamos.
Desde 2010, Niklason ha trabajado en una idea brillante: en lugar de depender de plantillas sintéticas que imitan la intrincada estructura del órgano — un «objetivo muy lejano de alcanzar», dice — los científicos podrían usar la propia plantilla hecha por la naturaleza, es decir la matriz del pulmón, como un punto de arranque.
El enfoque de Niklason es similar a dejar una casa en sus huesos desnudos — vigas, muros de carga, puntales y pernos — y rehacer el resto al gusto de su nuevo dueño.
Como prueba del concepto, el equipo de Niklason usó un detergente que barrió las células y vasos sanguíneos de un pulmón de rata. Entonces colocaron esta matriz del pulmón dentro de un «biorreactor» que simula las condiciones de un feto en crecimiento.
Cuando el equipo resembró el andamio con un cóctel de células, el pulmón recreó sus vasos sanguíneos, alvéolos y pequeñas vías respiratorias con los tipos correctos de células — todo en un lapso de cuatro días.
En la prueba final, el equipo de Niklason trasplantó los pulmones recreados de nuevo en ratas vivas. Unos segundos más tarde, el pulmón se infló, tornándose en un rojo brillante tan pronto como tomaba el oxígeno y el suministro de sangre.
“Es sólo un paso inicial”, el equipo escribió en ese momento. Los pulmones solamente sobrevivieron unas dos horas en el cuerpo del receptor, y el análisis subsecuente reveló hemorragias y coágulos dentro de las vías respiratorias y de los tubos capilares recreados. Una explicación posible es que los vasos sanguíneos pueden no haber formado uniones apropiadas con los alvéolos, y aun cuando sí se dé el intercambio de gas, eventualmente habrá fugas de sangre en los pulmones.
Un soplo de aire fresco
Si los vasos sanguíneos recién sembrados forman uniones mal selladas, ¿por qué no conservar los originales en su lugar?
Eso es exactamente lo que el equipo de Vunjak-Novakovic abordó en el nuevo estudio publicado en Science Advances.
Adaptando la técnica de Niklason, el equipo insertó un tubo en las vías respiratorias de un pulmón de rata recién extraído y se bombeó a través de él un detergente suave que sólo eliminó las células epiteliales del pulmón, el revestimiento interior. Los vasos sanguíneos, en cambio, se lavaron con una solución electrolítica.
Con este pequeño cambio, retiramos más del 70 por ciento de las células epiteliales — que son a menudo la raíz de las enfermedades pulmonares — pero mantuvimos la vascularización, dicen los autores.
Al igual que los cartógrafos que mapean una nueva tierra, a continuación el equipo sondeó la integridad de los bloques. Inyectando perlas minúsculas que brillan bajo la luz UV en la arteria principal del pulmón, observaron cómo éstas inundaron los capilares, brillando intensamente dentro de los recipientes más grandes. En cambio, no había ningún brillo dentro de la vía aérea o de los alvéolos, sugiriendo que los vasos sanguíneos estaban intactos, ¡sin ninguna vía de escape!
Con el entramado básico en la mano, el equipo recubrió la estructura con células humanas del epitelio del pulmón. Como bono adicional, también se utilizaron células madre pluripotenciales inducidas (iPSCs). Éstas células se obtienen del mismo paciente -a menudo células de la piel- y se pueden persuadir para transformarse en casi cualquier otro tipo de célula, una vez que se ha armado el coctel correcto de señales bioquímicas en ellas.
Debido a que las iPSCs retienen el perfil inmunológico de la persona, los andamios sembrados con estas células tienen una probabilidad mucho menor de ser rechazados.
Dentro de las siguientes 24 horas, el equipo detectó el acomodo de algunas de las células recientemente sembradas dentro de los andamios del pulmón. Bajo el microscopio, los tejidos nuevos se iban adhiriendo al lugar correcto, se estabilizaron y empezaron a dividirse rápidamente para repoblar las células desaparecidas.
Los injertos pulmonares también tuvieron un aumento en el poder respiratorio, ya que podían expandirse más completamente, ganando de nuevo aproximadamente el 50 por ciento de la capacidad perdida durante el tratamiento con detergente.
¿Un suspiro?
El estudio se detiene brevemente en la prueba final: Trasplantar el pulmón que ha sido sometido a ingeniería a un nuevo receptor. Al igual que con los andamios de generaciones anteriores, los pulmones recién acuñados también podrían desarrollar coágulos sanguíneos mortales o sangrado una vez reintroducidos en un animal vivo y respirando.
Además, el equipo sólo usó un detergente suave en su procedimiento para preservar la integridad del pulmón. El resultado fue una limpieza parcial, dejando intactas algunas de las células epiteliales propias de las ratas.
Estos tejidos rezagados pueden trasmitir información importante a las nuevas células sanas, por lo que nos enfrentamos a un escenario inesperado, los autores explican. Si estos tejidos se declaran amigos o enemigos tendrá que ser probado en un futuro estudio.
La tecnología necesita mucho más trabajo antes de poder ser usada en humanos, pero Vunjak-Novakovic y sus colegas ya están entusiasmados con el potencial de estas nuevas opciones de tratamiento.
Este estudio proporciona evidencia de que nuestro enfoque funciona, los autores escriben. Demostramos, por primera vez, que es posible limpiar de células epiteliales los pulmones enfermos sin tocar los vasos sanguíneos.
Lo que realmente entusiasma al equipo es esto: aunque en este estudio se utilizaron pulmones recién extirpados de rata, en teoría el método podría ser usado sin extirpar el órgano.
Esto es «transformador:» los pacientes con células lesionadas en el epitelio pulmonar podrían ser irrigados con el detergente para remover las células enfermas. Los doctores pueden entonces extraer sus células epiteliales y transformarlas en células sanas para resembrar el pulmón.
«Cada día, veo a los niños en cuidados intensivos con enfermedades pulmonares graves que dependen del apoyo de ventilación mecánica», dice Dorrello. Puede que estemos en camino a una solución completamente nueva para estos pacientes y regenerar sus pulmones dañados, dice.
¿Más información?
Metepec, Estado de México
Add Comment