¿Qué es la Ingeniería de Tejidos?

La ingeniería de tejidos evolucionó del campo de desarrollo de biomateriales y se refiere a la práctica de combinar andamios, células y moléculas biológicamente activas para crear tejidos funcionales.

Objetivos

El objetivo de la ingeniería de tejidos es recopilar ideas o teorías que restauren, mantengan o mejoren los tejidos dañados u órganos completos. La piel y los cartílagos artificiales son ejemplos de tejidos fabricados por ingeniería que han sido aprobados por la FDA; sin embargo, actualmente tienen un uso limitado en pacientes humanos.
Este campo continúa evolucionando. Además de las aplicaciones médicas, las aplicaciones no terapéuticas incluyen el uso de tejidos como biosensores para detectar agentes amenazantes biológicos o químicos, y chips de tejidos que se pueden utilizar para probar la toxicidad de un medicamento experimental.

Un mini hígado humano fabricado por bioingeniería que se puede implantar en ratones. Fuente: Sangeeta Bhatia, MIT

¿Cómo funcionan la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa?

Las células son los componentes fundamentales del tejido, y los tejidos son la unidad básica de la función en el cuerpo. Generalmente, grupos de células forman y secretan sus propias estructuras de soporte, llamadas matriz extracelular. Esta matriz, o andamio, hace más que sólo servir como soporte para las células; también actúa como una estación repetidora para varias moléculas de señalización. Por consiguiente, las células reciben mensajes de muchas fuentes que se vuelven disponibles desde el entorno local. Cada señal puede iniciar una cadena de respuestas que determina qué le sucede a la célula. Al entender cómo responden las células individuales a las señales, cómo interactúan con su entorno y cómo se organizan en los tejidos y organismos, los investigadores han podido manipular estos procesos para sanar los tejidos

El proceso frecuentemente comienza con la construcción de un andamio a partir de un amplio grupo de fuentes posibles, desde proteínas hasta plásticos. Una vez que se crean los andamios, se pueden introducir células con o sin un “coctel” de factores de crecimiento. Si el entorno es adecuado, se desarrolla un tejido. En algunos casos, las células, los andamios y los factores de crecimiento se mezclan todos al mismo tiempo, permitiendo que el tejido se “autoensamble”.

¿Cómo encajan la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa en las prácticas médicas actuales?

la ingeniería de tejidos juega un papel relativamente pequeño en el tratamiento de pacientes. Se han implantado vejigas suplementarias, pequeñas arterias, injertos de piel, cartílago y hasta una tráquea completa en pacientes, pero los procedimientos son todavía experimentales y muy costosos. Mientras que los tejidos de órganos más complejos como el corazón, pulmón e hígado se han recreado con éxito en el laboratorio, todavía falta mucho para que sean totalmente reproducibles y estén listos para ser implantados en un paciente. Sin embargo, estos tejidos pueden ser de gran utilidad en la investigación, especialmente en el desarrollo de fármacos. Mediante el uso de tejido humano funcional para ayudar a seleccionar medicamentos, los candidatos podrían acelerar el desarrollo y proveer herramientas clave para facilitar la medicina personalizada, al tiempo que se ahorra dinero y se reduce el número de animales utilizados para la investigación.

Un biomaterial hecho de intestinos de cerdos que se puede utilizar para curar heridas en humanos. Cuando se humedece, el material llamado SIS, es flexible y fácil de manejar., MIT

¿Qué están desarrollando los investigadores financiados por el NIBIB en las áreas de ingeniería de tejidos y medicina regenerativa?

La investigación apoyada por el NIBIB incluye el desarrollo de nuevos materiales de andamios y nuevas herramientas para fabricar, obtener imágenes, monitorear y preservar los tejidos creados por ingeniería. A continuación se describen algunos ejemplos de la investigación en esta área.

  • Control de células madre a través de su entorno: Dos investigadores del NIBIB han cultivado células pluripotentes—células madre que tienen la habilidad de convertirse en cualquier clase de células—en diferentes tipos de espacios definidos y encontraron que este confinamiento desencadenó redes muy específicas de genes que determinaron el destino final para las célula-:

  • Implante de hígados humanos en ratones
    El ratón retiene también su propio hígado, y por lo tanto su función normal, pero la pieza añadida de hígado humano fabricado puede metabolizar los fármacos de la misma manera que lo hacen los humanos. Esto les permite a los investigadores probar la susceptibilidad a la toxicidad y demostrar respuestas específicas de las especies que típicamente no aparecerían hasta los ensayos clínicos.

  • Creación de células madre óseas maduras
    Los investigadores financiados por el NIBIB completaron la publicación del primer estudio que ha hecho posible llevar las células madre desde su estado pluripotente hasta los injertos de hueso maduros que potencialmente podrían trasplantarse a un paciente.

  • Uso de enrejados para ayudar a que sobreviva el tejido fabricado por ingeniería

  • Nueva esperanza para la rodilla lesionada

  • Regeneración de un riñon nuevo
    La habilidad de regenerar un riñón nuevo de las propias células de un paciente proporcionaría un alivio importante para los cientos de miles de pacientes que padecen de enfermedades de riñón. Experimentando en células de rata, de cerdo y de humano, los investigadores apoyados por el NIDDK han marcado un nuevo rumbo en este frente, separando primero las células del órgano de un donante y usando el resto del andamio de colágeno para ayudar a guiar el crecimiento del tejido nuevo.

Biomateriales más utilizados en la ingeniería

Un biomaterial son todos aquellos materiales diseñados para apoyar, mejorar o reemplazar tejido dañado o una función biológica.

Es algo que ha sido utilizado desde la antigüedad, cuando los antiguos egipcios utilizaban suturas hechas de tendones animales. Hoy en día, los metales, la cerámica, el plástico, el vidrio e incluso las células y tejidos vivos pueden utilizarse para crear un biomaterial.

Ahora, es obvio que no utilizaremos los mismos biomateriales en todos los casos (si queremos realizar un hueso, utilizar vidrio no sería la mejor idea), por lo que, dependiendo del tejido a realizar, se utilizan distintos biomateriales

Biomateriales para matrices en ingeniería tisular de tejido óseo

El tejido óseo es aquel que da fuerza y estructura a los huesos, es por ello que es necesario un material resistente pero a la vez flexible.

Predomina los polímeros (con un 52%), pero también tenemos los composites (19%) y cerámicos (7%).

Conclusión

La ingeniería biomédica puede traer cambios significativos en la vida de los pacientes, y la ingeniería de tejidos es un ejemplo de esto. Con ella, podemos hacer pacientes que, debido a una enfermedad o un accidente, perdieron una parte de ellos. Pero, con los avances de la ingeniería, podemos hacer crear prótesis que, más allá de lo estético, puedan cumplir con la función de aquel órgano perdido.