Remiendos para un Corazón Herido 

Los gorgoteos, silbidos, e hipo, por otro lado, son preocupantes. Ellos son los sonidos que revelan corazones imperfectos o enfermos. Millones de personas tienen corazones que no trabajan como deberían. De hecho, las enfermedades del corazón son la causa principal de muerte en los Estados Unidos.

Un día, quizás, los ingenieros biomédicos simplemente harán crecer nuevos corazones para la gente que los necesita, utilizando células provenientes del mismo paciente como semillas. Tales corazones serían jóvenes, vivos, y bien recibidos por el sistema inmune del receptor.

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Arriba: Científicos hacen crecer este parche de corazón que late dentro del bioreactor de la NASA. Aprenda más viendo una película Quicktime de 1 MB (corta) o 5 MB (larga). Crédito: L. Freed, G. Vunjak-Novakovic, MIT.

Es un objetivo a largo plazo, pero algunos investigadores ya están obteniendo resultados. Entre ellos están las científicas del Instituto de Tecnología del Massachusestts (MIT por sus siglas en inglés - Massachusetts Institute of Technology) Lisa E. Freed y Gordana Vunjak-Novakovic. La pareja ha utilizado un instrumento diseñado por la NASA llamado "bioreactor" para cultivar pequeños pedazos de tejido cardíaco -- parches que laten al igual que un corazón humano saludable.

"Es muy emocionante ver como estos tejidos se contraen", dice Freed con entusiasmo. "A todo el mundo le fascina mirarlos". El tejido se contrae, dice, de manera sincronizada, exactamente como un corazón latiendo. El tejido en sí es de color oscuro, y es conservado en un líquido color rojo que parece ponche Hawaiano.

Izquierda: La científica Lisa Freed del MIT posando con el bioreactor de la NASA, al frente. Crédito de la Imagen: D. Coveney, MIT.

NASA desarrolló el bioreactor para estudios celulares en el espacio. Éste es una pequeña cámara del tamaño de una lata de sopa que gira lentamente. El fluido presente en su interior provee de oxígeno a las células y descarta los desechos sin  necesidad de un movimiento violento que podría romper los tejidos y agregados celulares.

De regreso en la Tierra, los científicos descubrieron que el bioreactor simulaba algunos aspectos de la ingravidez. Los agregados celulares dentro del bioreactor caen continuamente sin tocar el fondo -- de manera similar a una nave espacial en caída libre que orbita nuestro planeta. En los laboratorios sobre la Tierra, las células se cultivan normalmente en placas petri, donde se depositan  como una capa plana sobre el fondo del recipiente. Pero en el bioreactor, las células flotantes pueden agruparse fácilmente en estructuras tridimensionales que se asemejan a tejidos y órganos del cuerpo humano.

La receta para cultivar un trozo de tejido cardíaco en el bioreactor comienza con casi 5 millones de células del corazón. Para funcionar como un tejido, dichas células tienen que formar conexiones entre ellas conocidas como uniones comunicantes (gap junctions, en inglés), las cuales permiten el intercambio de señales eléctricas. La habilidad de las células cardíacas para transferir dichas señales es lo que permite al corazón contraerse, o latir. "A las células les gusta estar conectadas unas con otras", nota Freed. En un ambiente cerrado y lleno de nutrientes como el bioreactor, las células intentarán formar uniones comunicantes por sí mismas.

Freed  y sus colegas facilitan el proceso con la ayuda de un andamio: una estructura tridimensional sobre la cual las células se pueden agrupar. "Hemos encontrado que los mejores andamios  se asemejan a una tela", dice Freed. Están compuestos de fibras de 10 a 15 micrones de diámetro (casi el mismo tamaño de las células) las cuales están organizadas en forma de tejido o malla.

Derecha: Una imagen en microscopía electrónica de barrido de una matriz biodegradable. Crédito: L. Freed, G. Vunjak-Novakovic, MIT

La matriz o andamio está construida con materiales biodegradables, como el polímero utilizado en las suturas quirúrgicas que son absorbidas por el cuerpo. Después que los tejidos se han formado siguiendo una estructura tridimensional definida por la matriz, ésta simplemente se disuelve.

Las células cardíacas son sensibles a su medio de cultivo, anota Freed. Requieren de mucho oxígeno. En el corazón humano, cada célula se encuentra a no más de 20 micrómetros de un capilar sanguíneo, el cual suministra oxígeno. Pero, en los tejidos producidos en el bioreactor no hay capilares sanguíneos -- al menos por ahora. Por lo tanto, los fluidos que circulan dentro del bioreactor deben aportar todo el oxígeno que las células necesitan. 

Abajo: Un parche de tejido cardíaco cultivado en el bioreactor. Crédito: L. Freed, G. Vunjak-Novakovic, MIT

Al bioreactor le toma casi una semana para producir un parche de tejido de cinco milímetros de diámetro y apenas una décima de milímetro de espesor. Tal como el verdadero tejido cardíaco, estos parches laten espontáneamente. "Asumirán un ritmo y lo seguirán al latir", dice Freed. "Si los soplas, cambiarán". Son muy sensibles a los estímulos, anota. "Si baja o sube la temperatura, si alguien cierra la puerta muy fuerte, la frecuencia del latido puede cambiar".

Freed, Vunjak-Novakovic y colegas esperan mejorar el tejido aumentado su espesor. Para ello, dice Freed, necesitarán desarrollar pequeños conductos -- como los vasos sanguíneos -- que puedan suministrar nutrientes y oxígeno a las células atrapadas en el interior de la masa de tejido. Ella,  junto con otros investigadores, han comenzado a cultivar células cardíacas y capilares juntos, pero no han tenido éxito en lograr conectar los vasos sanguíneos. Se necesita más trabajo para completar esta tarea.

Eventualmente, el tejido cardíaco producido en el laboratorio podría ser utilizado para reparar defectos en el corazón o para reemplazar tejido afectado por un ataque. Esto, sin embargo, es todavía cosa del futuro. Un uso más inmediato podría ser la prueba de medicamentos: las nuevas drogas son típicamente analizadas sobre monocapas de células cultivadas en placas petri. Pero, Freed hace notar, tales pruebas "podrían fallar en [revelar todos] los buenos o malos efectos, simplemente porque [las células cultivadas en placas petri] no son un buen modelo de sistema para el tejido cardíaco... "La prueba de drogas utilizando tejidos cardíacos producidos en un bioreactor podría brindar resultados más cercanos a la realidad.

Derecha: Las células cultivadas en placas petri sobre la Tierra se depositan sobre el fondo del recipiente. En el espacio o en el biorector, las células flotantes pueden formar estructuras tridimensionales. Crédito de la Imagen: Dave Dooling.

El objetivo final es cultivar componentes de repuesto para el cuerpo -- y no sólo corazones. Tejidos cartilaginoso, prostático y hepático también han sido producidos en un bioreactor. Las posibilidades son increíbles... pero aun lejanas. Todavía hay mucho por hacer y muchos años de investigación por delante.

De todas maneras, un disco de corazón latente de un cuarto de pulgada de diámetro es un comienzo emocionante.

Científicos cultivan tejido cardíaco en un Bioreactor -- artículo de Science@NASA (en inglés): Si alguna vez vio una hiedra que haya tomado la forma de un viejo establo al cubrirlo por completo, también ha visto el principio que los investigadores están utilizando para tratar de producir repuestos para el cuerpo.

Perfil: Lisa Freed y Gordana Vunjak-Novakovic -- (Noticias de Microgravedad --Microgravity News) En sus muchos años de trabajo en conjunto, las investigadoras  Lisa Freed y Gordana Vunjak-Novakovic han compartido grandes momentos.
 

Más enlaces al bioreactor: El bioreactor amplía las investigaciones sobre la salud (Science@NASA); Investigación sobre Bioreactor (MSFC); Avanzando la Investigación del Corazón (Microgravity News); Testimonio del  Dr. Neal Pellisto para el Subcomité sobre el Espacio de la Cámara de Representantes (house.gov)

Aprenda más sobre las uniones comunicantes , las cuales se establecen entre  células cardíacas interconectadas.