Anthony Atala y la medicina regenerativa de órganos

Esta es una pintura que se exhibe en la Librería Countway de la Escuela de Medicina de Harvard. Y muestra la primera vez que se trasplantó un órgano. Al frente, pueden ver a Joe Muray preparando al paciente para el trasplante mientras en la sala de atrás pueden ver a Hartwell Harrison, el jefe de urología en Harvard, llevando el riñón. De hecho, el riñón fue el primer órgano que se trasplantó al ser humano.

Fue en 1954. Hace 55 años se lidiaba con muchos de los mismos desafíos de décadas atrás. Sin duda, muchos avances y muchas vidas salvadas. Pero tenemos una gran escasez de órganos. En la última década el número de pacientes en espera de un trasplante se ha doblado. Mientras que al mismo tiempo, el número de trasplantes se ha mantenido prácticamente igual. Eso tiene relación con el envejecimiento de la población. Simplemente, la esperanza de vida es mayor. La medicina está mejorando prolongándonos más la vida. Pero mientras envejecemos, nuestros órganos tienden a fallar más.

Por eso, es un desafío no solo para los órganos, sino también para los tejidos. Tratar de reemplazar el páncreas, reemplazar nervios que nos pueden ayudar con el Parkinson, estos son problemas mayores. Esta es una estadística muy impresionante. Cada 30 segundos un paciente muere de enfermedades que podrían haberse tratado con regeneración de tejido o reemplazo. Entonces, ¿Qué podemos hacer al respecto? Hemos hablado de células madre esta noche. Esa es una forma de solucionarlo. Pero aún falta mucho para aplicar células madre en los pacientes, terapias de órganos efectivas.

¿No sería genial si nuestros cuerpos se pudieran regenerar? ¿No sería genial si pudiéramos controlar nuestros cuerpos para sanarnos a nosotros mismos? No es un concepto tan lejano, de hecho, sucede en la Tierra a diario. Esta es una fotografía de una salamandra. Las salamandras tienen una increíble capacidad para regenerarse. Aquí ven este pequeño video. Es una lesión en la extremidad de la salamandra. Y esta es la fotografía real, fotografía temporizada que muestra como se regenera el miembro en un periodo de días. Pueden ver como se forma la cicatriz. Y esa cicatriz se transforma en una nueva extremidad.

Las salamandras pueden hacerlo. ¿Por qué nosotros no? ¿Por qué no pueden regenerarse los humanos? De hecho, sí podemos. Su cuerpo tiene muchos órganos y cada uno de los órganos en su cuerpo tiene una población celular que está preparada para tomar el control tras una lesión. Sucede todos los días. Mientras crecemos, mientras envejecemos. Los huesos se regeneran cada 10 años. La piel se regenera cada dos semanas. Por tanto, el cuerpo se regenera constantemente. El desafió aparece cuando ocurre una lesión. En el momento de una lesión o enfermedad, la reacción inicial del cuerpo es sellarse a sí mismo del resto del cuerpo. Básicamente quiere combatir la infección y sellarse, sin importar si son órganos internos o piel. La primera reacción es la aparición del tejido cicatrizante, para protegerse del exterior.

¿Cómo podemos dominar este capacidad? Una forma de hacerlo es usando biomateriales inteligentes. ¿Cómo funciona? En la izquierda ven una uretra lesionada. Este es el canal que conecta la vejiga con el exterior del cuerpo. Y se ve que está dañada. Básicamente, descubrimos que se pueden usar estos biomateriales inteligentes, que se pueden usar como puente. Si se construye ese puente y se aísla del ambiente exterior, se puede crear ese puente y las células que se generan en su cuerpo, pueden cruzar ese puente y seguir ese camino.

Eso es exactamente lo que ven aquí. Es un biomaterial inteligente que usamos para tratar a este paciente. Esta era una uretra lesionada en el lado izquierdo. Aplicamos ese biomaterial en el medio. Seis meses más tarde en el lado derecho pueden ver esta uretra reconstruida. Y es que el cuerpo puede regenerarse, pero solo en tramos pequeños. El tramo máximo para una regeneración eficiente es de solo un centímetro. Por eso podemos usar estos biomateriales inteligentes pero solo aproximádamente un centímetro para unir esos vacíos.

Así es que nos regeneramos, pero en tramos limitados. ¿Pero qué hacemos, si se lesiona un órgano mayor? ¿Qué hacemos cuando tenemos lesiones en estructuras mayores de un centímetro? Entonces podemos comenzar a usar células. La estrategia aquí, es si un paciente nos viene con un órgano enfermo o lesionado, se puede tomar un pequeño pedazo de tejido de ese órgano, menos de la mitad del tamaño de una estampilla, se puede separar ese tejido, y observar sus componentes básicos, las células del mismo paciente, tomarlas, cultivar y expandir esas células fuera del cuerpo en grandes cantidades, y luego usamos materiales para armazones.

A simple vista parecen un pedazo de su blusa, o su camisa, pero en realidad estos materiales son bastante complejos y están diseñados para degradarse una vez dentro del cuerpo. Se desintegra unos meses después. Actúa solamente como un medio de distribución de células. Carga las células dentro del cuerpo. Permite a las células regenerar nuevo tejido, y una vez que el tejido se regenera el armazón desaparece.

Y eso fue lo que hicimos con este pedazo de músculo. Acá se muestra un pedazo de músculo y como pasamos por las estructuras para fabricar el músculo. Tomamos las células, las expandimos, incorporamos las células en la estructura, y luego ponemos el armazón de vuelta en el paciente. Pero, antes de poner el armazón en el paciente, lo ejercitamos. Nos aseguramos de acondicionar este músculo, para que sepa qué hacer una vez que colocado en el paciente. Eso es lo que están viendo. Están viendo este bio-reactor muscular ejercitando el músculo de ida y vuelta.

Sí. Lo que vemos acá son estructuras planas, el músculo. ¿Y qué sucede con otras estructuras? Este es un vaso sanguíneo fabricado. Muy similar a lo que acabamos de hacer, pero algo más complejo. En este caso tomamos un armazón, y básicamente, la estructura puede ser como un pedazo de papel. Y luego podemos tubularizar este armazón. Y para hacer un vaso sanguíneo aplicamos la misma estrategia. Un vaso sanguíneo se compone de dos diferentes tipos de células. Tomamos células musculares, las pegamos o revestimos el exterior con estas células musculares, es muy parecido a preparar un pastel de capas, si prefieren.

Se colocan las células musculares en el exterior. Se colocan las células de revestimiento de los vasos sanguíneos en el interior. Ahora el armazón esta completamente preparado. Pondremos esto en un aparato similar a un horno. Tiene las mismas condiciones que el cuerpo humano, 37 grados centígrados, 95 por ciento de oxigeno. Luego se ejercita, como vieron en el vídeo.

Y a la derecha pueden ver una arteria carótida fabricada. Esta es la arteria que va desde su cuello hasta su cerebro. Y esta es una radiografía que muestra al vaso sanguíneo funcionando. Estructuras más complejas como vasos sanguíneos, uretras que ya les mostré, son definitivamente más complejas porque se introducen dos tipos de células diferentes. Pero actúan principalmente como conductos. Permiten el flujo de fluidos o aire a un ritmo continuo. No están ni cerca de ser tan complejos como los órganos huecos. Los órganos huecos tienen un nivel de dificultad mucho mayor, porque se les pide a estos órganos que actúen bajo demanda.

La vejiga es uno de esos órganos. Aplicamos la misma estrategia, tomamos un pedazo de la vejiga, menos de la mitad de una estampilla. Luego separamos el tejido en sus dos componentes celulares diferentes, células musculares y las células especializadas de la vejiga. Cultivamos las células fuera del cuerpo en grandes cantidades. Se tarda cerca de cuatro semanas cultivar estas células. Luego tomamos un armazón con la forma de una vejiga. Cubrimos el interior con estas células de recubrimiento de la vejiga. Cubrimos el exterior con células musculares. Lo volvemos a poner en un dispositivo parecido a un horno. Desde el momento que tomamos ese pedazo de tejido, seis a ocho semanas después podemos volver a colocar el órgano en el paciente.

Aquí se ve el armazón. El material esta siendo cubierto con estas células. Cuando hicimos las primeras pruebas clínicas para estos pacientes creamos las estructuras específicamente para cada paciente. Trajimos a los pacientes, antes de seis a ocho semanas de la operación programada, les hicimos radiografías y luego desarrollamos un armazón especifico para el tamaño de la cavidad pélvica de ese paciente. Para la segunda fase de pruebas ya teníamos diferentes tamaños, pequeña, mediana, grande y super grande. (Risas) Es verdad. Y estoy seguro que todos aquí querrían una super grande, ¿verdad? (Risas)

Las vejigas son algo más complejas que otras estructuras. Pero hay otros órganos huecos que tienen una complejidad adicional. Esta es una válvula cardiaca que desarrollamos. Y la forma en la que construir esta válvula cardíaca aplica la misma estrategia. Tomamos el armazón, lo plantamos con células y, como ven aquí, las válvulas se abren y cierran. Las ejercitamos antes de la implantación. Es la misma estrategia.

Y los más complejos son los órganos sólidos. Los órganos sólidos son más complejos porque se usan muchas más células por centímetro. Este es en realidad un órgano sólido simple como la oreja. Primero se cubre con cartílago. Ahí esta el aparato parecido a un horno; Una vez cubierto se coloca ahí. Y luego de unas semanas podemos retirar el armazón del cartílago.

Estos son dedos que estamos fabricando. Se están cubriendo, capa a capa, primero el hueso, llenamos los espacios con cartílago. Luego añadimos músculo encima. Y se comienzan a construir estas estructuras sólidas por capas. Una vez más, se trata de órganos algo más complejos. Pero de lejos, los órganos sólidos más complejos son los vascularizados, los altamente vascularizados, órganos con muchos vasos sanguíneos, órganos como el corazón, el hígado, los riñones. Este es un ejemplo de aplicar muchas estrategias para fabricar órganos sólidos.

Esta es una de las estrategias. Usamos una impresora. Y en vez de usar tinta, usamos -- acaban de ver un cartucho de inyección de tinta -- usamos células. Su típica impresora de escritorio. Imprimiendo este corazón de dos cámaras, capa por capa. Pueden ver el corazón saliendo. Se tarda cerca de 40 minutos imprimirlo, y de cuatro a seis horas más tarde ven las células musculares contraerse. (Aplausos) Esta tecnología fue desarrollada por Tao Ju, que trabajó en nuestro instituto. Y está es un estadio aún, por supuesto, experimental, todavía no para aplicarse en pacientes.

Otra estrategia que hemos seguido es usar órganos descelularizados. Usamos órganos de donantes, órganos que han sido descartados, y luego usamos detergentes muy suaves para retirar todos los elementos celulares de estos órganos. Así, por ejemplo en el panel izquierdo, superior, ven un hígado. Tomamos el hígado donado, aplicamos estos detergentes suaves, y mediante estos detergentes retiramos todas las células del hígado.

Dos semanas después, podemos tomar este órgano, tiene la consistencia de un hígado, podemos sostenerlo como a un hígado, tiene la apariencia de un hígado, pero no tiene células. Todo lo que queda es el esqueleto, si lo prefieren, del hígado, hecho todo de colágeno, un material de nuestros cuerpos que no será rechazado. Podemos usarlo de un paciente a otro. Luego tomamos esta estructura vascular y podemos probar mantener el suministro de vasos sanguíneos.

Pueden ver, de hecho, esa es una fluoroscopia. Inyectamos contraste al órgano. Ahora pueden ver cómo lo hacemos. Inyectamos contraste al órgano dentro de ese hígado descelularizado. Y pueden ver cómo el árbol vascular permanece intacto. Luego tomamos las células, las células vasculares, células de los vasos sanguíneos, bombeamos el árbol vascular con las células del propio paciente. Perfundimos el exterior del higado con las células del hígado del paciente. Y así podemos crear hígados funcionales. Y eso es lo que están viendo. Esto es aún experimental. Pero hemos podido reproducir la funcionalidad de la estructura del hígado, experimentalmente.

Para el riñón, al hablarles sobre la primera pintura que mostré, la primera diapositiva que les enseñé, el 90 por ciento de los pacientes en la lista de espera de trasplantes esperan un riñón, el 90 por ciento. Por eso, otra estrategia que estamos siguiendo es crear obleas que podemos apilar, como un acordeón. Así es que apilamos estas obleas usando células del riñón. Y aquí se ven los riñones en miniatura que hemos creado. Y realmente están fabricando orina. Una vez más se tratan de estructuras pequeñas, nuestro empeño es hacerlas más grandes, y es algo en lo que estamos trabajando ahora mismo en el instituto. Una de las cosas que quiero resumirles es una estrategia que estamos siguiendo en medicina regenerativa.

Si es posible nos gustaría usar biomateriales inteligentes que se puedan sacar de la despensa y regenerar sus órganos. Ahora seguimos limitados por los tramos, pero nuestra meta es incrementar esos tramos con el tiempo. Si no podemos usar biomateriales inteligentes, entonces preferiríamos usar sus propias células.

¿Por qué? Porque no generarán rechazo. Podemos tomar células de ustedes, crear la estructura, volverla a poner dentro de su cuerpo y no habrá rechazo. Y si es posible, preferiríamos usar células de su órgano en particular. Si ustedes se presentan con una traquea enferma nos gustaría tomar células de su traquea. Si se presentan con un páncreas dañado tomaríamos células de ese órgano.

¿Por qué? Porque nos gustaría usar aquellas células que ya sabemos que son el tipo de células que necesitan. Una célula de la traquea ya sabe que es una célula de la traquea. No debemos enseñarle a ser otro tipo de célula. Así es que preferimos células de órganos especificos. Y hoy podemos obtener células de prácticamente cualquier órgano en su cuerpo, excepto para los que aún necesitamos células madre, como el corazón, el hígado, los nervios y el páncreas. Y para aquellos que aún necesitamos células madre, si no podemos usar células madre de su cuerpo entonces nos gustaría usar células madre donadas. Y preferimos células que no serán rechazadas y no formarán tumores.

Y estamos trabajando intensamente con las células madre que sobre las que publicamos hace dos años, células madre del líquido amniótico, y la placenta que tienen esas propiedades. A estas alturas me gustaría contarles algunos de los mayores desafíos que tenemos. Ya saben, acabo de mostrarles esta presentación, todo se ve muy bien, todo funciona. Realmente no, estas tecnologías no son nada fáciles. Parte del trabajo que vieron hoy fue desarrollado por más de 700 investigadores en nuestro instituto durante 20 años.

Así es que estas son tecnologías muy complejas. Una vez que se obtiene la fórmula correcta se puede replicar. Pero cuesta mucho llegar a ese punto. Siempre disfruto al mostrar esta caricatura. Trata de cómo detener un carruaje fuera de control. Y ahí pueden ver al conductor, mientras se mueve, en la parte superior, Va desde A a B, C, D, E, F. Finalmente detiene el carruaje. Y esos son los científicos, Los de abajo son generalmente los cirujanos. (Risas) Yo soy cirujano por eso no es tan divertido. (Risas)

Pero en realidad, el método A es el enfoque correcto. Lo que quiero decir con eso es que cada vez que lanzamos una de estas tecnologías a la clínica, nos aseguramos de hacer todo lo posible en el laboratorio antes de presentar estas tecnologías a los pacientes. Y cuando lanzamos estas tecnologías para uso en pacientes nos aseguramos de hacernos una pregunta muy difícil. ¿Estás preparado para colocar esto dentro de un ser querido, de tu propio hijo, tu propia familia? y luego procedemos. Porque nuestro propósito principal, desde luego, es primero, no hacer daño.

Les mostraré un clip de vídeo muy corto, es un video de cinco segundos de un paciente que recibió uno de los órganos fabricados. Comenzamos a implantar algunas de estas estructuras hace 14 años. Así es que tenemos pacientes caminando con órganos, órganos fabricados, hace ya más de 10 años. Les mostraré este vídeo de una señorita muy joven. Ella tenía espina bífida, una anomalía de la médula espinal. Ella no tenía una vejiga normal. Este es un corto de la CNN. Mostraré solo cinco segundos. Se trata de de un corto a cargo de Sanjay Gupta.

Video - Kaitlyn M: Estoy contenta. Siempre tenía miedo de que iba a tener un accidente o algo así. Y ahora puedo ir y salir con mis amigos, ir y hacer lo que quiera.

Anthony Atala: Ven, después de todo, la promesa de la medicina regenerativa es tan solo una promesa. Y es realmente muy simple, ayudar a mejorar la calidad de vida de nuestros pacientes. Gracias por su atención. (Aplausos)