La ciclosporina A provocó una oleada de transplantes y sentó las bases para los grandes avances actuales en "ingeniería de tejidos", tal y como denominan los científicos a la construcción de órganos artificiales completos. Los cirujanos especialistas en transplantes, que dejaron de perder pacientes por rechazo a los transplantes, se enfrentaban a una nueva frustración: la pérdida de pacientes ocasionada por la falta de donantes de órganos. Uno de estos médicos frustrados era Joseph Vacanti, del Hospital infantil de Boston, lugar en el que se realizó el primer transplante de órganos humano con éxito. En 1983, Vacanti comentó con su amigo Robert Langer, un ingeniero químico del Instituto tecnológico de Massachusetts, la posibilidad de realizar un hígado artificial y posiblemente otros tejidos artificiales para salvar las vidas de sus jóvenes pacientes.

El físico Joseph Vacanti (izquierdo) y el ingeniero químico Robert Langer unieron sus fuerzas a principios de la década de 1980 para crear tejidos artificiales. En pocos años consiguieron desarrollar células hepáticas en un armazón de polímeros, dando origen al campo de la ingeniería de tejidos. (Fotografía de Vacanti cedida por Charles Vacanti, fotografía de Langer cedida por Robert Langer).

Era mucho pedir. Nadie había creado ningún tipo de órgano que funcionase, y mucho menos uno tan complejo como el hígado. Sin embargo, Langer aportó una gran experiencia para abordar el problema de forma racional. A mediados de la década de 1970, desarrolló algunos sistemas de polímeros para M. Judah Folkman, de la universidad de Harvard, que en aquel momento investigaba el papel de la formación de nuevos vasos sanguíneos en el crecimiento de los tumores cancerosos. Folkman pidió a Langer que encontrara un mecanismo de liberación lenta para liberar los compuestos que bloquean a los mensajeros químicos que controlan la angiogénesis, la formación de vasos sanguíneos nuevos. Langer descubrió que polímeros como el etileno vinil acetato, que absorben muy poca agua, podían liberar estos mensajes químicos muy lentamente.

Langer acabó centrándose en un polímero, el ácido poliglicólico o PGA, que también se utilizó en suturas degradables sintéticas que se comercializaron en 1970. El PGA se conocía al menos desde 1950, cuando Norton Higgins, de DuPont, patentó un proceso de tres pasos para producirlo a partir del ácido glicólico mediante la manipulación cuidadosa de la presión y la temperatura. La patente registrada por Higgins no mencionaba ninguna aplicación médica, pero en 1963 Edward Schmitt y Rocco Polistina, de la compañía American Cyanamid Company, registraron una patente para la formación de suturas derivadas del PGA. Cuando estas suturas fueron introducidas en el mercado siete años después, se eligieron rápidamente como sustitutos resistentes, consistentes y factibles de las suturas absorbibles tradicionales a base de colágeno que hasta entonces habían usado los cirujanos.

Utilizando PGA y polímeros similares, Langer consiguió transformar pequeñas bolas de polímeros degradables y no degradables en una complicada estructura porosa que permitía difundir con lentitud moléculas grandes. (Este descubrimiento constituye la base de gran parte de la tecnología de administración controlada de fármacos actual.) Estas pequeñas bolas, cargadas con mensajeros químicos, desempeñaron un papel esencial en el descubrimiento realizado por Langer y Folkman en 1957 del primer compuesto que bloquea la formación de vasos sanguíneos nuevos, deteniendo así el crecimiento del tumor.

En 1984, casi al mismo tiempo que recibió la propuesta de Joseph Vacanti, Langer se asoció con Henry Brem, un cirujano especialista en neuroncología de la institución médica Johns Hopkins para probar sus nuevas técnicas para combatir el tumor cerebral mediante el uso de polímeros. Aunque se disponía de nuevas herramientas para la localización de tumores, entre las que se incluían los escáneres de imágenes de resonancia magnética y tomografía computerizada, seguían sin poderse tratar la gran mayoría de los tumores cerebrales malignos. Las células cancerosas que quedaban tras la extracción del tumor estaban protegidas frente a los fármacos de quimioterapia por la denominada barrera hematoencefálica, que evita que una gran variedad de sustancias químicas procedentes de la sangre penetren en el cerebro. Brem se preguntaba si los polímeros podrían liberar lentamente fármacos para combatir el cáncer donde realmente se necesitaba: en el cerebro.

Langer respondió su pregunta al diseñar polímeros degradantes de la superficie que liberaban los medicamentos a una velocidad controlada. En 1992, Brem y Michael Colvin, actual director del Duke Cancer Center (Centro para el cáncer Duke), implantaron láminas de polímeros en forma de disco para tratar el cáncer tras realizar intervenciones quirúrgicas en el cerebro. Las láminas prolongaron las vidas de los animales de laboratorio y de los pacientes humanos. Dado que las sustancias químicas se administraban localmente, no ocasionaban la toxicidad sistemática típica de los fármacos para combatir el cáncer. Tras la aprobación de la FDA en 1996, estas láminas representan el primer tratamiento nuevo para el cáncer cerebral en 25 años. En la actualidad se utilizan sistemas de administración lenta muy similares para tratar el cáncer de próstata, la endometriosis e infecciones óseas agudas.

Con el tamaño de una moneda de diez centavos, las láminas de polímeros biodegradables pueden implantarse tras la intervención quirúrgica del cerebro para administrar fármacos contra el cáncer a una velocidad controlada. (Fotografía cedida por Guilford Pharmaceuticals)

Todos estos esfuerzos establecieron las bases preliminares para que Langer y Vacanti continuaran la búsqueda de un sistema para desarrollar órganos y partes del cuerpo de repuesto, como hígados. Hasta el momento los científicos sabían que las células humanas desarrolladas en placas planas no producían la formación normal de proteínas, mientras que las células desarrolladas en estructuras tridimensionales presentaban unas características bioquímicas relativamente normales. Al principio Langer y Vacanti obtuvieron los mejores resultados con el PGA, pero dado que la mejor fuente de PGA fibroso en 1984 eran las suturas degradables, dedicaron horas a desenrollar suturas para transformar las fibras en estructuras de plástico parecidas que pudieran contener células hepáticas. Aún en 1986, las células hepáticas contenidas en armazones de plástico sobrevivían y funcionaban tras su transplante en animales, estableciendo las bases del uso estructuras de polímeros para crear una variedad de tejidos, desde huesos y cartílagos hasta piel.

Un microscopio electrónico de barrido revela el crecimiento de células en fibras de polímeros largas, el primer paso en la creación de tejidos artificiales. (Fotografía cedida por Robert Langer)

Las estructuras de polímeros, realizadas con técnicas de fibras sin tejer tomadas de la industria textil, se han utilizado para desarrollar al menos 25 tipos de células en animales y humanos y, por lo tanto, se han convertido en una especie de armazón genérico para órganos artificiales. Las empresas de biotecnología utilizan estas estructuras para crear piel artificial con el fin de tratar las quemaduras graves y las úlceras producidas por la diabetes. Multiplican células vivas en cultivos (normalmente procedentes de tejidos que se desechan durante las operaciones quirúrgicas) y, a continuación, "siembran" las células en la estructura de polímeros. Si se aplica en la herida del paciente, el material la protege contra infecciones mortales y pérdida de fluidos. Además, las células que contiene liberan factores de crecimiento químico, señales que estimulan el crecimiento celular normal en la zona de la herida. Estas sustancias químicas representan aproximadamente el 60 por ciento de la mejora en la recuperación que experimentan los diabéticos como Frank Baker con piel artificial. Al pensar en el futuro, los ingenieros de tejidos hablan sobre el uso de estructuras de polímeros para desarrollar células nerviosas destinadas a reparar la médula espinal, células óseas o de cartílagos para reparar las articulaciones, células pancreáticas para producir insulina para los diabéticos y células hepáticas para crear hígados para su transplante.

Gracias a todos estos esfuerzos realizados por muchos tipos de científicos, podemos destacar algunos hechos. El camino desde la necesidad al beneficio final recorre varias áreas de la ciencia y la tecnología y depende principalmente de los conocimientos obtenidos mediante investigaciones básicas. Los primeros descubridores de los polímeros consiguieron transformar los materiales naturales casi al azar, pero su trabajo se aceleró enormemente cuando los investigadores básicos aclararon las características fundamentales, como la relación entre el tamaño o el peso molecular y las propiedades físicas, que rigen el comportamiento de los polímeros. De forma similar, los progresos realizados en medicina y biología que dieron lugar al transplante de órganos aún se basan en investigaciones básicas acerca del papel de los mensajeros químicos, los códigos genéticos y la función celular. Cuando la ingeniería de materiales y la ciencia especializada en polímeros unen sus fuerzas con la biología y la medicina para producir estos milagros modernos, volvemos a ver cómo la colaboración interdisciplinaria y la investigación aplicada y básica esenciales siguen siendo la verdadera fuente de beneficios, tan simples y profundos como un tejido vivo que se puede crear en el laboratorio.

The National Academies

|