Órganos humanos artificiales a partir de las máquinas de elaborar algodón de azúcar

Puede parecer una idea absurda, casi grotesca. ¿Fabricar órganos humanos artificiales mediante máquinas de elaborar algodón de azúcar? Tal cual no sería posible, por supuesto, pero el principio de funcionamiento de tales máquinas sí podría adaptarse para la construcción de otras capaces de elaborar órganos humanos artificiales, empezando por los más sencillos, como riñones, hígado y huesos.

Durante varios años, Leon Bellan, de la Universidad Vanderbilt, en Nashville, Tennessee, Estados Unidos, ha estado trasteando con máquinas de elaborar algodón de azúcar, haciendo que produjeran redes de diminutas hebras comparables en tamaño, densidad y complejidad a los patrones formados por los capilares, los pequeños vasos de paredes delgadas que suministran oxígeno y nutrientes a las células y que se llevan los residuos. Su objetivo ha sido fabricar redes de fibras que puedan ser usadas como plantillas a partir de las cuales fabricar los sistemas capilares necesarios para crear órganos artificiales de tamaño natural.

Bellan y sus colegas han tenido éxito en la utilización de esta técnica poco ortodoxa para producir un sistema capilar artificial tridimensional que pueda mantener viables y funcionales a células vivas durante más de una semana, lo cual es una considerable mejora sobre los métodos empleados en la actualidad.

Muchos especialistas de ingeniería de tejidos, incluyendo a Bellan, están actualmente centrando sus esfuerzos en investigar una clase de materiales descritos como hidrogeles, y en utilizar estos materiales como andamios para sostener células dentro de órganos artificiales tridimensionales.

Los hidrogeles son atractivos porque sus propiedades pueden ser ajustadas para que se parezcan mucho a aquellas de la matriz extracelular natural que rodea a las células en el cuerpo. A diferencia de los andamios sólidos de polímero, los hidrogeles permiten la difusión de los compuestos solubles necesarios; sin embargo, el oxígeno, los nutrientes y los residuos solo pueden desplazarse a lo largo de una distancia limitada a través del gel. Como resultado de ello, las células deben estar muy próximas (menos que el grosor de un cabello humano) a una fuente de nutrientes y oxígeno y a un sumidero para los desechos que producen, o de lo contrario se mueren de hambre o se ahogan.

Así, para generar tejidos que tengan el grosor que es normal en los órganos reales, y para mantener vivas a las células en todo el andamio, los investigadores deben construir una red de canales que permitan que los fluidos fluyan a través del sistema, simulando el sistema capilar natural. Y esto es muy difícil de lograr. Con los métodos tradicionales pueden requerirse semanas para que las células creen tal red.

La nueva técnica basada en máquinas de elaborar algodón de azúcar ofrece una solución potencial para todos estos problemas.

El método de hilado de algodón de azúcar puede producir canales que van de 3 a 55 micrones, con un diámetro medio de 35 micrones.

Los investigadores tejieron primero una red de hilos de PNIPAM usando una máquina que se parecía mucho a una de elaboración del citado dulce. Después mezclaron una solución de gelatina en agua (un líquido a 37 grados) y añadieron células humanas. La adición de una enzima usada habitualmente en la industria alimentaria (transglutaminasa, apodada como “pegamento de carne”) ocasiona que la gelatina adquiera una forma permanente de gel. La mezcla caliente se vierte sobre la estructura PNIPAM y se le mantiene en una incubadora a 37 grados. Finalmente, el gel que contiene células y fibras es retirado de la incubadora y se permite que se enfríe a temperatura ambiente, momento en el que las fibras empleadas a modo de andamio se disuelven, dejando en su lugar una red intrincada de canales a escala micrométrica. Los investigadores acoplan entonces bombas a la red y empiezan a hacer pasar por ellas medios de cultivo celular que contienen las sustancias y oxígeno necesarios.