La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que casi 210 millones de personas en el mundo sufren de enfermedad pulmonar, causada principalmente por el tabaquismo. En México, 4.5 millones de sujetos mayores de 50 años tienen este problema. La única forma de remplazar el tejido pulmonar dañado, hasta ahora, es el trasplante de pulmón, el cual ofrece una supervivencia de 20% después de diez años de realizado.
Sin embargo, en Estados Unidos dos equipos de científicos ofrecen nuevas esperanzas: 2 estudios publicados en la revista Science suponen un paso clave hacia un futuro en el que los pulmones para trasplantes e investigación científica se fabricarán en un laboratorio.
Se trata de métodos aún experimentales y que tardarán décadas en hacerse realidad, pero sí son viables porque podrán acabar con la enorme escasez de pulmones para trasplantes que hay en todo el planeta.
También aportarían una nueva generación de órganos artificiales con los cuales probar la toxicidad de cualquier tipo de compuestos químicos, incluidos los nanomateriales que ya están en el mercado, y sin necesidad de usar animales de laboratorio.
Modelos
El primero es el grupo de investigadores de la Universidad de Yale, que consideró la posibilidad de implantar pulmones con tejidos desarrollados a través de bioingeniería, cultivados en el laboratorio y que pudieran cumplir con la función primaria del pulmón, que es intercambiar oxigeno por dióxido de carbono.
Para ello, los científicos utilizaron una técnica que ya utilizada para reconstruir corazones, hígados y otros órganos, misma que consiste en tomar un pulmón de rata adulta y usar detergentes especiales hasta retirar de él todas las células que lo componen. El resultado es un andamio de tejido conectivo blanquecino que tiene forma de pulmón, pero que ya no lo es, pues está vacío de venas, alvéolos, ADN y cualquier otro rastro de la rata que donó el órgano.
Después, se introduce ese esqueleto en un tanque que imita un útero y se le baña con células de ratas recién nacidas. También se le inyecta aire para que vaya recobrando la elasticidad característica que hace posible la respiración. En ocho días se retira el órgano del tanque y se trasplanta.
La subdirectora de los departamentos de Anestesiología y de Ingeniería Biomédica en Yale, Laura Niklason, explica que “este es un primer paso hacia la regeneración de pulmones enteros para animales más grandes y, eventualmente, para seres humanos”.
De igual forma, Thomas Petersen refiere que “los pulmones todavía no son perfectos, pero hemos demostrado que funcionan”.
Luego del tratamiento recuperan los componentes que permiten la respiración. Una vez inyectadas, las células epiteliales reconstruyen los alvéolos, sacos microscópicos en los que el oxígeno atraviesa el tejido y entra en el flujo sanguíneo. Otro tipo de células, las endoteliales, reconstruyen los vasos sanguíneos que envían el oxígeno al resto del cuerpo. Trasplantados en ratas receptoras, los órganos funcionaron correctamente durante dos horas. “Llegar a aplicar esto en una clínica podría llevar 20 años”, reconoce el científico.
“En esta ocasión sólo queríamos probar que es posible usar esta técnica para reproducir el intercambio de gases que hace posible la respiración”, explica Petersen, cuyo equipo ya prepara otros experimentos de mayor duración.
El segundo estudio, también publicado en Science, allana el camino hacia órganos artificiales con los cuales poder probar la toxicidad de nanomateriales usados en pinturas, aislantes y otros productos. Se trata de un minipulmón construido sobre una plataforma transparente del tamaño de una goma de borrar.
Los investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard y del Hospital Infantil de Boston diseñaron un aparato del tamaño de un encendedor de cigarrillos que actúa como pulmón.
El aparato, operado con un microprocesador, está elaborado con células de pulmón y vías sanguíneas humanas y, al ser transparente, permite observar la función del pulmón humano sin necesidad de intromisión en el cuerpo.
Este chip lleva en su interior una lámina de tejido con células epiteliales y endoteliales humanas, iguales a las que existen dentro de los alvéolos. La capa de tejido es elástica, para adaptarse al ritmo respiratorio, y deja entrar oxígeno y otras partículas hasta los vasos sanguíneos, explica David Huh, experto en desarrollo de tecnología en Wyss.
Añade que aún no es capaz de realizar el proceso completo de respiración, pero sí simular la entrada de aire en los pulmones. Esto ha permitido, por ejemplo, demostrar la toxicidad de nanopartículas de silicio que se usan en pinturas anticorrosivas.
El chip podría convertirse en la nueva rata de laboratorio. Mientras los ensayos toxicológicos o farmacológicos con animales pueden llegar a costar más de un millón de dólares, el chip cuesta menos de diez céntimos y el equipamiento necesario para usarlo, casi mil 500 dólares, señalan sus creadores.
“Aún es pronto para predecir el futuro de estas aplicaciones”, advierte Dan Huh, uno de los creadores, quien añade: “Esta nueva tecnología podría permitirnos conectar varios de estos órganos artificiales para crear un sistema circulatorio con el cual hacer ensayos biológicos sobre la respuesta del cuerpo a medicamentos y toxinas, sin la necesidad de realizar largos y costosos ensayos con animales”, concluye.