Anthony Atala: imprimiendo un riñón humano

Hoy en día hay una crisis de salud importante en cuanto a la escasez de órganos. El hecho es que estamos viviendo más tiempo. La medicina ha hecho un gran trabajo y ahora vivimos más. Pero el problema es que al envejecer los órganos tienden a fallar. Por eso actualmente no hay suficientes órganos. De hecho, en la última década, se ha duplicado la cantidad de pacientes que necesitan órganos y en el mismo tiempo la cantidad real de trasplantes sólo aumentó ligeramente. Y ahora hay una crisis de la salud pública.

Ahí es donde entra en juego este campo que llamamos medicina regenerativa. En realidad abarca muchas áreas diferentes. Se pueden usar matrices biomateriales que son como el material de una blusa o camisa pero diseñados específicamente para implantes en pacientes; funcionan bien y ayudan a la regeneración. O se puede usar células solas ya sean las de uno mismo o distintas poblaciones de células madre. O se puede usar ambas; en realidad se puede usar biomateriales junto con células. Ese es el estado de situación hoy.

Pero no es un campo nuevo. Curiosamente, este es un libro publicado en 1938. Se titula "La cultura de los órganos". El primer autor, Alexis Carrel, es ganador del Premio Nobel. En realidad ideó algunas de las mismas tecnologías usadas hoy para suturar vasos sanguíneos. Y algunos de los gráficos de vasos sanguinos actuales fueron diseñados por Alexis. Pero quiero que se fijen en el co-autor: Charles Lindbergh. Es el mismo Charles Lindbergh que pasó el resto de su vida trabajando con Alexis en el Instituto Rockefeller de Nueva York en la cultura de órganos.

Y si el campo ha existido durante tanto tiempo: ¿por qué hubo tan pocos avances clínicos? Tiene que ver con muchos desafíos diferentes. Pero si tuviera que enumerar tres el primero sería el diseño de materiales que pueden entrar al cuerpo con buen desempeño en el tiempo. Ahora hay muchos avances que pueden lograrse con bastante facilidad. El segundo desafío serían las células. No podíamos hacer crecer la cantidad suficiente de células fuera del cuerpo. En los últimos 20 años básicamente hemos abordado el tema. Muchos científicos ahora pueden cultivar distintos tipos de células y además tenemos células madre. Pero incluso hoy, 2011, todavía hay ciertas células que no podemos cultivar a partir de pacientes: células hepáticas, nerviosas, pancreáticas; todavía hoy no podemos cultivarlas. Y el tercer desafío sería la vascularización, el suministro real de sangre que le permita a órganos o tejidos sobrevivir una vez regenerados.

Ahora podemos usar biomateriales. Esto en realidad es un biomaterial. Podemos tejerlo, tricotarlo, o darle la forma que ven aquí. Esto es como una máquina de copos de azúcar. Se ve la pulverización que como las fibras de los copos de azúcar crean la estructura, esta estructura tubular, que es un biomaterial que luego puede usarse para ayudar en la regeneración del cuerpo usando las propias células para hacerlo. Y eso es exactamente lo que hicimos aquí.

Este es un paciente que presentaba un órgano muerto y entonces creamos uno de estos biomateriales inteligentes y luego usamos ese biomaterial inteligente para reemplazar y reparar la estructura de ese paciente. En realidad usamos el biomaterial como un puente para que las células del órgano pudieran cruzar ese puente, si se quiere, y ayudar a cerrar la brecha para regenerar ese tejido. Y ahí se ve a ese paciente ahora 6 meses después en una radiografía que muestra el tejido regenerado, que se ha regenerado por completo si lo analizamos bajo el microscopio. También podemos usar células solas. Estas son células que obtuvimos. Son células madre que creamos a partir de fuentes específicas y podemos llevarlas a convertirse en células de corazón. Y empiezan a latir por cultura. Ellas saben qué hacer. Las células saben genéticamente que hacer y empiezan a latir al unísono. Hoy muchos ensayos clínicos están usando diferentes tipos de células madre para la enfermedad cardíaca. Así que ya se encuentra en los pacientes.

O, si vamos a usar estructuras más grandes, para reemplazar estructuras más grandes, podemos entonces usar las propias células del paciente o una población de células junto con biomateriales, matrices extracelulares. El concepto aquí es: si hay un órgano enfermo o lesionado, tomamos una pequeña porción de ese tejido de menos de la mitad del tamaño de una estampilla postal. Luego ponemos las células aparte, cultivamos las células fuera del cuerpo. Luego tomamos una malla, un biomaterial, de nuevo, se parece mucho a un trozo de blusa o camisa. Luego modelamos ese material y usamos esas células para codificar el material de a una capa a la vez como si fuera una milhojas, si se quiere. Luego lo colocamos en una especie de horno y así podemos crear esa estructura y llevarla a cabo. Esta es una válvula cardíaca que hemos diseñado. Y como pueden ver aquí, tenemos la estructura de la válvula cardíaca y hemos sembrado células en ella y luego la ejercitamos. Y ahí ven las hojas que se abren y cierran de esta válvula cardíaca que se está usando de forma experimental para tratar de llegar a nuevos estudios.

Otra tecnología que hemos usado en pacientes tiene que ver con la vejiga. Se toma un pedazo muy pequeño de la vejiga del paciente; menos de la mitad del tamaño de una estampilla postal. Luego cultivamos las células fuera del cuerpo, tomamos la matriz, cubrimos la malla con células, las propias células del paciente, dos tipos distintos de células. Luego las colocamos en esta especie de horno. Tiene las mismas condiciones que el cuerpo humano: 35ºC, 95% de oxígeno. Unas semanas después tenemos nuestro órgano de diseño que podemos implantar nuevamente en el paciente. Para estos pacientes específicos suturamos estos materiales. Empleamos imagenología tridimensional pero creamos estos biomateriales a mano.

Ahora tenemos mejores maneras de crear estas estructuras con células. Usamos un tipo de tecnología para órganos sólidos, por ejemplo, como el hígado en la que usamos hígados descartables. Como saben, se descartan muchos órganos, no se usan. Entonces podemos tomar estas estructuras de hígado que no se van a usar y las colocamos en una especie de lavadora que va a permitir lavar las células. Dos semanas después se tiene algo que se parece a un hígado. Se lo puede sostener como a un hígado pero no tiene células; es sólo el esqueleto de un hígado. Y entonces podemos volver a inundar el hígado de células preservando el árbol de vasos sanguíneos. Así que primero inundamos el árbol de vasos sanguíneos con las propias células del vaso sanguíneo del paciente y luego infiltramos la parénquima con las células del hígado. Y ahora estamos en condiciones de mostrarles la creación de tejido hepático humano de apenas el mes pasado usando esta tecnología.

Otra tecnología que hemos usado es la impresión. Esto es una impresora de inyección de tinta pero en vez de tinta usa células. Aquí puede verse el cabezal de impresión que pasa e imprime esta estructura; lleva unos 40 minutos imprimir esta estructura. Y hay un ascensor 3D que va bajando de a una capa a la vez cada vez que pasa el cabezal de impresión. Finalmente llegamos a obtener la estructura. Se puede sacar la estructura de la impresora e implantarla. Y aquí tenemos un trozo de hueso que les voy a mostrar en esta diapositiva que fue creado con una impresora de escritorio e implantado como ven aquí. Eso era todo hueso nuevo que se implantó usando estas técnicas.

Otra tecnología más avanzada que estamos viendo en este momento, nuestra próxima generación de tecnologías, son las impresoras más sofisticados. Esta impresora particular que estamos diseñando ahora imprime directamente sobre el paciente. Lo que ven aquí, sé que suena gracioso, pero es así como funciona. Porque en realidad lo que se quiere hacer es tener al paciente en la cama con la herida y un escáner, un escáner de superficie plana. Eso es lo que ven aquí en el lado derecho; ven una tecnología de escáner que primero explora la herida del paciente y luego regresa con los cabezales de impresión imprimiendo las capas necesarias sobre los propios pacientes.

Así es como funciona. Aquí tenemos el escáner explorando la herida. Una vez explorada, envía la información de las capas correctas de células donde deben estar. Y ahora están por ver aquí una demo donde se está reparando en una herida representativa. Y lo hacemos con un gel para que se pueda levantar el material del gel. Así una vez que esas células están en el paciente se van a pegar en donde sean necesarias. En realidad es una nueva tecnología todavía en desarrollo.

También estamos trabajando en impresoras más sofisticadas. Porque, en realidad, el desafío más grande son los órganos sólidos. No sé si se dan cuenta de esto pero el 90% de los pacientes en lista de trasplante espera un riñón. Los pacientes se mueren a diario porque no tenemos suficientes órganos para todos. Así que esto es más difícil; órgano grandes, vasculares, gran suministro de vasos sanguíneos, muchas células presentes. Entonces la estrategia es -esto es una tomografía, una radiografía- ir capa por capa usando análisis computarizado de imágenes morfométricas y reconstruir en 3D para obtener exactamente los riñones del paciente. Después podemos analizar las imágenes, hacer rotación de 360º para analizar el riñón en sus características volumétricas completas, y luego podemos tomar esta información y explorarla en forma de impresión computarizada. Vamos capa por capa a través del órgano, analizando cada capa a medida que recorremos el órgano. Y luego podemos enviar esa información, como ven aquí, a la computadora y diseñar el órgano para el paciente. En realidad esto muestra la impresora real. Y esto muestra esa impresión.

De hecho, tenemos la impresora aquí mismo. Así, mientras hablábamos hoy pueden ver la impresora allí entre bastidores. Esa es la impresora real ahora mismo y ha estado imprimiendo esta estructura de riñón que ven aquí. Lleva unas 7 horas imprimir un riñón y en este ya van unas 3 horas. El Dr. Kang va a entrar al escenario ahora y vamos a mostrarles uno de estos riñones que imprimimos hoy hace un rato. Me pongo un par de guantes. Gracias. Voy hacia atrás. Estos guantes son un poco pequeños para mí pero aquí está. Pueden ver el riñón tal como fue impreso más temprano.

(Aplausos)

Tiene algo de consistencia. Este es el Dr. Kang que ha estado trabajando con nosotros en el proyecto y es parte de nuestro equipo. Gracias Dr. Kang. Se lo agradezco.

(Aplausos)

Esta es una nueva generación. Es la impresora que ven aquí en el escenario. Es una nueva tecnología en la que estamos trabajando ahora. En realidad tenemos una larga historia haciendo esto. Voy a compartir con Uds un clip respecto de la tecnología empleada en pacientes desde hace un tiempo.

Es un clip muy breve -sólo unos 30 segundos- de un paciente que recibió un órgano.

(Video) Luke Massella: Yo estaba realmente enfermo. Apenas podía levantarme de la cama. Faltaba a la escuela. Era bastante infeliz. No podía salir y jugar básquet en el recreo sin sentir que me iba a desmayar cuando volviera adentro. Me sentía muy enfermo. Me enfrentaba básicamente a una vida de diálisis y no quiero ni pensar lo que sería mi vida de pasar por eso. Después de la cirugía mi vida mejoró mucho. Pude hacer más cosas. Tuve la oportunidad de luchar en la secundaria. Llegué a ser capitán del equipo y eso fue genial. Pude ser un chico normal con mis amigos. Y dado que usaron mis propias células para construir esta vejiga va a estar conmigo. La tengo de por vida así que estoy listo.

(Aplausos)

Juan Enriquez: Estos experimentos a veces funcionan y es genial cuando sucede. Luke, ven por favor.

(Aplausos)

Lucas, antes de ayer por la noche, ¿Cuándo fue la última vez que viste a Tony?

LM: hace 10 años, cuando me operó y es muy bueno verlo.

(Risas)

(Aplausos)

JE: Cuéntanos un poco qué estás haciendo.

LM: Bueno, ahora mismo estudio en la Universidad de Connecticut; estoy en segundo año; estudio comunicaciones, TV y medios masivos. Básicamente, trato de vivir la vida como un chico normal algo que siempre quise. Pero era difícil hacerlo habiendo nacido con espina bífida y sin que funcionaran mis riñones y vejiga. Pasé por unas 16 operaciones y parecía imposible de hacer. Tuve insuficiencia renal a los 10 años. Y vino esta cirugía y básicamente me hizo quien soy hoy en día y me salvó la vida.

(Aplausos)

JE: ¿Y Tony hace cientos de estas?

LM: Sé que está trabajando muy arduamente en su laboratorio y viene con cosas locas. Sé que fui una de las primeras 10 personas en recibir esta cirugía. Y a los 10 años no sabía lo increíble que era. Era un niño y decía: "Sí, me van a operar. Me van a hacer esa cirugía". (Risas) Todo lo que yo quería era mejorarme y no me di cuenta lo increíble que era hasta ahora que crecí y veo las cosas increíbles que está haciendo.

JE: Cuando recibí esta llamada de la nada -Tony es muy tímido y me costó mucho convencer a alguien tan modesto como él de que nos permita traer a Luke. Así que Luke, fuiste a pedirle a tus profesores -estás estudiando comunicaciones- fuiste a pedirles permiso para venir a TED, que tiene algo que ver con las comunicaciones, ¿cuál fue su reacción?

LM: La mayoría de los profesores estuvo a favor y dijeron: "Trae fotos, muéstrame los clips en línea" y "me alegro por ti". Hubo un par un poco testarudos pero tuve que hablar con ellos. Hablé con ellos aparte.

JE: Bueno, es un honor y un privilegio conocerte. Muchas gracias. (LM: Muchas gracias.)

JE: Gracias Tony.

(Aplausos)