El corazón diseñado se ajusta completamente a las propiedades celulares y anatómicas del paciente

En un gran avance médico, los investigadores de la Universidad de Tel Aviv han ‘impreso’ el primer corazón vascularizado en 3D del mundo utilizando las propias células y materiales biológicos del paciente. Hasta ahora, los científicos de la medicina regenerativa —un campo situado entre la biología y la tecnología— han tenido éxito en imprimir sólo tejidos simples sin vasos sanguíneos.

“Esta es la primera vez que alguien ha diseñado e impreso con éxito un corazón entero repleto de células, vasos sanguíneos, ventrículos y cámaras”, el investigador principal, el profesor Tal Dvir, científico de materiales y profesor de biología celular molecular de la Escuela de Biología Celular Molecular y Biotecnología de Tel Aviv University -TAU, Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Centro de Nanociencia y Nanotecnología y Centro de Biotecnología Regenerativa de Sagol.

Primer corazón vascularizado impreso en 3D del mundo. Foto: Universidad de Tel Aviv (Israel).

La enfermedad cardíaca es la principal causa de muerte entre hombres y mujeres en los Estados Unidos. El trasplante de corazón es actualmente el único tratamiento disponible para los pacientes con insuficiencia cardíaca terminal. Dada la grave escasez de donantes de corazón, es urgente desarrollar nuevos enfoques para regenerar el corazón enfermo.

“Este corazón está hecho de células humanas y materiales biológicos específicos del paciente. En nuestro proceso, estos materiales sirven como bioinjertos, sustancias hechas de azúcares y proteínas que pueden utilizarse para la impresión en 3D de modelos de tejidos complejos”, dice el profesor Dvir. “La gente ha logrado imprimir en 3D la estructura de un corazón en el pasado, pero no con células o vasos sanguíneos. Nuestros resultados demuestran el potencial de nuestro enfoque para la ingeniería de tejidos personalizados y el reemplazo de órganos en el futuro”.

La investigación para el estudio fue realizada conjuntamente por el profesor Dvir, el doctor Assaf Shapira de la Facultad de Ciencias de la Vida de TAU y Nadav Moor, estudiante de doctorado en el laboratorio de Dvir.

"En esta etapa, nuestro corazón 3D es pequeño, del tamaño del corazón de un conejo", explica el profesor Dvir. "Pero los grandes corazones humanos requieren la misma tecnología".

Para la investigación, se tomó una biopsia de tejido graso de los pacientes. Los materiales celulares y acelulares del tejido fueron entonces separados. Mientras las células se reprogramaban para convertirse en células madre pluripotentes, la matriz extracelular (MEC), una red tridimensional de macromoléculas extracelulares como el colágeno y las glicoproteínas, se procesaba en un hidrogel personalizado que servía como ‘tinta‘ de impresión.

Después de mezclarse con el hidrogel, las células se diferenciaron eficientemente en células cardiacas o endoteliales para crear parches cardiacos específicos para el paciente, compatibles con el sistema inmunológico, con los vasos sanguíneos y, posteriormente, con todo el corazón.

Según el profesor Dvir, el uso de materiales ”nativos” específicos del paciente es crucial para el éxito de la ingeniería de tejidos y órganos.

“La biocompatibilidad de los materiales de ingeniería es crucial para eliminar el riesgo de rechazo del implante, lo que pone en peligro el éxito de estos tratamientos”, dice el profesor Dvir. “Lo ideal es que el biomaterial posea las mismas propiedades bioquímicas, mecánicas y topográficas de los propios tejidos del paciente. Aquí, podemos reportar un acercamiento simple a los tejidos cardíacos gruesos, vascularizados y perfusibles impresos en 3D que coinciden completamente con las propiedades inmunológicas, celulares, bioquímicas y anatómicas del paciente”.

Los investigadores ahora están planeando cultivar los corazones impresos en el laboratorio y “enseñarles a comportarse” como los corazones, dice Dvir. Luego planean transplantar el corazón impreso en 3D en modelos animales.

“Necesitamos desarrollar más el corazón impreso”, concluye. “Las células necesitan formar una capacidad de bombeo; actualmente pueden contraerse, pero necesitamos que trabajen juntas. Nuestra esperanza es que tengamos éxito y probemos la eficacia y utilidad de nuestro método".

”Tal vez, en diez años, habrá impresores de órganos en los mejores hospitales del mundo, y estos procedimientos se llevarán a cabo de forma rutinaria".