Materiales e ingeniería de tejidos

Por Gustavo R. Plaza (Universidad Politécnica de Madrid)

La ciencia de materiales es una de las disciplinas esenciales en el desarrollo de la ingeniería de tejidos, que tiene como objetivo restablecer, mantener o mejorar la función de los tejidos de nuestro cuerpo.

La participación en el desarrollo de materiales para aplicaciones médicas es una actividad necesariamente atractiva para los investigadores en el campo de la ciencia e ingeniería de materiales. Este desarrollo multidisciplinar de materiales confluyó en el florecimiento de la actividad que se llamó ingeniería de tejidos en el tramo final del siglo XX. Previamente, fue necesario el vertiginoso avance de las ciencias de la vida a lo largo del siglo, puesto que lo que caracteriza a los materiales que desarrolla la ingeniería de tejidos es la incorporación de componentes que provienen de los organismos vivos.

Micrografía de tejido óseo. Los sustitutos biológicos ideales que pretende obtener la ingeniería de tejidos deberían ser rígidos e idealmente resistentes, permitiendo su reabsorción en el organismo y la regeneración del hueso.

En los primeros años del siglo XX se realizaron los primeros injertos de retina, en 1954 tuvo lugar el primer transplante de riñón y en la actualidad los transplantes de órganos se han convertido en una práctica médica corriente. Igualmente, los biomateriales inertes han contribuido a la mejora de nuestras condiciones de vida, presentes en dispositivos tan críticos como las válvulas de corazón artificiales. Sin embargo, la escasez de órganos y tejidos apropiados, o la conveniencia urgente de mejorar las soluciones disponibles, así como el aumento del número de pacientes por el alargamiento de la esperanza de vida, dieron origen a la idea de “aplicar los principios y métodos de la ingeniería y las ciencias de la vida para la obtención de un conocimiento fundamental de las relaciones estructura-función en los tejidos sanos y patológicos de mamíferos y el desarrollo de sustitutos biológicos para restablecer, mantener o mejorar las funciones de los tejidos”. Esta fue la definición, ya clásica, de la ingeniería de tejidos tal y como se entendía en los años 80 (Skalak y Fox 1988).

Micrografía de tejido hepático. En el caso del hígado, los sustitutos biológicos desarrollados mediante ingeniería de tejidos deberían restablecer la producción de biomoléculas esenciales.

Con la idea anterior, la ingeniería de tejidos persigue obtener sustitutos biológicos, combinando tres componentes esenciales: (a) un andamiaje (scaffold en inglés) que aporte la rigidez y las resistencias adecuadas, (b) células y (c) biomoléculas que favorezcan la proliferación de las células en el material. El andamiaje puede estar constituido por un material artificial o puede tener un origen biológico, si bien debe permitir la regeneración del tejido natural o reemplazarlo manteniendo perfectamente su función. Cuando el sustituto biológico ocupa el lugar de una región de tejido que se ha perdido o que debe reemplazarse, como por ejemplo cuando se trata de sustituir un segmento de una arteria o un injerto de hueso, la solución ideal sería aquella que permitiera la recuperación completa del tejido natural en esa región. Por tanto, en el caso de emplear un andamiaje de material artificial, éste debería ser reabsorbible en el medio corporal.

Micrografía de tejido muscular.

Los materiales artificiales que aparecen como más apropiados para la obtención de andamiajes son los materiales poliméricos. En particular, el poli(ácido láctico), PLA, y el poli(ácido glicólico),  PGA, se han utilizado profusamente en el desarrollo de sustitutos para diferentes tejidos. Ambos polímeros son reabsorbibles. Además, tienen un gran atractivo los propios materiales de origen biológico, buscando replicar la composición natural de nuestros tejidos. Así, por ejemplo, la hidroxiapatita es el biomineral más abundante en nuestros huesos y se han desarrollado sustitutos biológicos empleando hidroxiapatita. En este caso la ciencia de materiales ha contribuido al desarrollo de las tecnologías de obtención de pastas y sólidos que contienen hidroxiapatita y tienen una porosidad adecuada para permitir la proliferación celular y en último termino la reabsorción y la sustitución del implante por hueso natural.

En cuanto al componente celular de los productos obtenidos mediante ingeniería de tejidos, se trata de que estas células utilizadas ayuden a las propias células del organismo a la regeneración y recuperación de la funcionalidad. En algunos casos pueden emplearse células de donantes y en otros casos se emplean células del propio paciente, que pueden proliferar in vitro, en las condiciones adecuadas. En la primera década del siglo XXI se han abierto nuevas oportunidades para este componente, por el posible empleo de células madre en personas adultas e incluso de células pluripotenciales inducidas. En ambos casos, la esperanza es que estas células faciliten la regeneración de los tejidos.

Los interesados pueden visitar la web de la sociedad internacional de ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa. Dejamos para un futuro post la discusión sobre el significado de ambos términos, y también algunos ejemplos de las aplicaciones para las que la ingeniería de tejidos ha permitido obtener con éxito soluciones, algunas de las cuales ya son productos comerciales.

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