Órganos Cyborg, ¿la clave de la evolución humana?

¿Recuerdan al hombre bicentenario? El relato (adaptado posteriormente a la gran pantalla) de Isaac Asimov hablaba de un robot que quería ser humano, y poco a poco iba sustituyendo sus piezas de metal por órganos vivos impresos y creados para él, en medio de una sociedad que aprovechaba estos avances científicos para aplicarlos a los humanos, haciendo que éstos vivieran mucho más tiempo gracias a nuevos y mejorados órganos artificiales.

La Sanidad necesita órganos. Según la Organización Nacional del Trasplante (ONT), España es el país donde los pacientes que necesitan un órgano donado tienen más posibilidades de recibirlo, y este año se ha llegado a la cifra de 100.000 los órganos trasplantados


Sin embargo, el sistema español no es infalible, ni los órganos infinitos, y siguen siendo muchas las personas que ven empeorar gravemente su salud, o incluso, que no sobreviven mientras esperan un trasplante que no llega. La impresión 3D de órganos, aún en estado muy incipiente y experimental, se presenta como la esperanza hacia una “barra libre” de órganos para todo aquel que necesite uno, sin necesidad de que exista un donante.

EL ÚLTIMO AVANCE EN IMPRESIÓN DE ESTRUCTURAS VIVAS

Hasta el momento, los únicos casos de éxito de impresión 3D que ha habido en medicina son los de las prótesis, ya sea estructuras óseas de titanio u otros materiales que no generen rechazo, como cráneos o costillas, o los famosos exoesqueletos que facilitan la movilidad a pacientes que tienen algún tipo de movilidad física.

El problema se encuentra cuando se imprimen estructuras orgánicas. En primer lugar, por la dificultad de su proceso, llegando tan solo a “fabricar” pequeños tejidos vivos u órganos muy pequeños para animales. En segundo lugar, porque resulta realmente difícil que el órgano sintético tenga el tiempo suficiente como para vascularizar en el organismo de una persona, y cuando el órgano es trasplantado, tiende a morir por falta de nutrición.

Sin embargo, a principios de este año, un equipo de expertos del Instituto de Medicina Regenerativa del Wake Forest (WFIRM, sus siglas en inglés) en Estados Unidos, desarrolló un nuevo sistema de impresión que supera algunos de estos obstáculos, basado en un sistema con una especie de microcanales donde van instaladas las células que se van a utilizar, asegurando así la permeabilidad de los nutrientes y el oxígeno, consiguiendo que éstas se mantengan vivas una vez se trasladen a la pieza sintética ya construida y que por lo tanto, puedan desarrollar un sistema de vasos sanguíneos.

El director del centro, Anthony Atala, y su equipo imprimieron estructuras cartilaginosas, óseas y musculares "estables" y tras implantarlas en roedores, maduraron hasta convertirse en tejido funcional, al tiempo que desarrollaron un sistema de vasos sanguíneos. En concreto, les implantaron una oreja reconstruida a partir de células humanas y distintos tipos de materiales impresos en 3D capa a capa y a las dos semanas el músculo era lo suficientemente robusto como para mantener sus características estructurales, vascularizarse e inducir la formación de nervios. Dos meses después, el órgano sobrevivía y mostraba importantes signos de vascularización.


Aunque las nuevas estructuras impresas no están listas aún para ser implantadas en pacientes, recuerdan, los primeros resultados del estudio apuntan a que tienen "el tamaño, solidez y funcionalidad adecuadas para ser usadas en humanos". El estudio ha sido publicado en la revista científica Nature.

¿Y CUANDO LOGREN SUPERAR A LOS ÓRGANOS HUMANOS?

Científicos del Laboratorio de Sistemas Complejos de la Universidad Pompeu Fabra (UPF) han definido el espacio de las estructuras biológicas conocidas y proponen utilizar la biología sintética como herramienta para indagar en aquellos caminos inexplorados por la evolución.

"No hay ninguna razón para limitarnos a fabricar órganos y tejidos tal y como existen en la naturaleza. Podríamos pensar en la creación de nuevos órganos que mejoren las funciones de los órganos ya existentes”, proponen los autores de un estudio publicado en la revista Integrative Biology .

Esta fisiología mejorada podría incluir funciones completamente nuevas o incluso la capacidad de diagnosticar y curar enfermedades. Un ejemplo ya existente es la generación de oídos biónicos con una antena de bobina integrada (“órganos cyborg”). Pero existen ciertas restricciones que dificultan el progreso. Para los científicos, esto no significa que haya que limitar el diseño de estructuras celulares complejas, sino que es necesario establecer cuáles son los límites asociados a la organización de las estructuras biológicas.

“Si nos liberásemos de los límites vinculados a los procesos embrionarios, entrarían en juego nuevas reglas quizás asequibles para la ingeniería biológica”, apuntan los investigadores. Por eso, el equipo liderado por Ricard Solé, ha categorizado las estructuras conocidas en función de tres variables para definir un morfoespacio de órganos y organoides con el que contemplar el universo de todas las estructuras biológicas posibles. Los tres ejes que lo conforman son: la complejidad de desarrollo, la complejidad cognitiva y el estado físico.

Los grados de complejidad de desarrollo abarcan desde las mezclas de células que no se relacionan entre sí, hasta los órganos totalmente desarrollados, con células que interactúan entre ellas y llevan a cabo una misma función, como sería, por ejemplo, el hígado. Sistemas poco desarrollados serían los llamados quimiostatos, cultivos bacterianos utilizados comúnmente en la industria para la elaboración de sustancias determinadas, como algunos antibióticos.

En cuanto al grado de complejidad cognitiva, se define como la capacidad de los órganos para recibir información y procesarla. Así, el cerebro, con sus innumerables conexiones neuronales y su plasticidad, o el sistema inmune, con la capacidad de detectar tanto amenazas nuevas como las ya conocidas y responder ante todas ellas, suponen dos ejemplos del más alto grado de complejidad cognitiva.

El tercer eje del morfoespacio, el estado físico, toma como referencia las fases de la materia inorgánica y pretende describir la movilidad de los componentes de los órganos y organoides. Así se encuentra la gran mayoría de las estructuras biológicas en estado “sólido”, con algunos notables contraejemplos como la sangre o el microbioma, caracterizados por una mayor movilidad de sus elementos.

Una de las características más interesantes del morfoespacio es la presencia de un espacio vacío que puede tener dos significados. El primero es que no sea posible la combinación propuesta en esa región. El segundo, mucho más alentador, es que se trata de diseños inaccesibles para la evolución en condiciones naturales pero que sí podrían ser alcanzables mediante estrategias de ingeniería biológica. En cualquier caso, el morfoespacio supone una herramienta muy útil para plantear las posibilidades de éxito que tendrían nuevos diseños biológicos.