Actualmente, la ingeniería de tejidos cardíacos es una vía muy prometedora en la búsqueda de nuevas terapias cardiovasculares. Mediante esta técnica, se podrían fabricar pedazos de miocardio que se implantarían en la zona afectada del corazón del paciente para ayudarle a recuperar su funcionalidad. Este campo de investigación ha avanzado a gran velocidad durante las últimas dos décadas y ha conseguido cultivar cardiomiocitos y células endoteliales con éxito. Sin embargo, la técnica del cultivo en placa no permite recrear el miocardio con toda su complejidad, especialmente a nivel vascular, lo que impide su viabilidad in vivo: sin una extensa red microvascular que aporte suficiente sangre y nutrientes, el tejido no puede madurar correctamente, acaba haciendo fibrosis y muriendo. Mediante otras técnicas como la bioimpresión 3D sí se pueden generar tejidos más complejos, ya que con la bioimpresora se puede controlar la disposición de varias capas a lo largo de los tres ejes espaciales y utilizar biomateriales diferentes.
Ahora, un equipo de investigación del RegenBell ha generado por bioimpresión 3D un pedazo de tejido de miocardio que, por primera vez, puede crecer, madurar y sobrevivir a largo plazo dentro de un huésped, en este caso, un modelo animal. Hasta ahora, estudios similares habían conseguido una supervivencia del tejido de dos semanas, pero éste luego moría por falta de nutrientes. Gracias a la bioimpresión 3D, los investigadores han podido poner capas de pequeños vasos sanguíneos que han permitido la correcta integración con el sistema circulatorio del huésped, garantizando así la circulación de sangre en todo el tejido implantado y su supervivencia. “Hemos podido observar y grabar a través del microscopio cómo el pedazo de miocardio latía correctamente y cómo se habían generado nuevos vasos sanguíneos” explica Laura Casado, investigadora del RegenBell y coprimera autora de este trabajo. Ver vídeo.
Habiendo obtenido estos resultados tan positivos en modelos animales, los investigadores confían en que, en un futuro no muy lejano, este parche de miocardio podría representar una nueva terapia para pacientes con problemas cardiovasculares. “Queremos aplicar este pedazo de tejido cardíaco encima de la zona del corazón afectada para que recupere la funcionalidad y vuelva a latir correctamente” explica el Dr Ángel Raya, líder del estudio y coordinador del RegenBell, el programa de medicina regenerativa del IDIBELL. Respecto a su aplicación clínica, el Dr Raya concreta que “Para poder llevar esta terapia al primer paciente, estimamos que serían necesarios unos cuatro años más de investigación y la colaboración con otros centros de investigación. Hemos solicitado un proyecto europeo pero no nos lo han concedido, por lo tanto, tendremos que buscar otras vías para sacarlo adelante”.
La receta perfecta: las biotintas y la técnica de impresión
Para generar tejido cardíaco con bioimpresión 3D hace falta un buen protocolo: como si hiciéramos un pastel, hay que encontrar los mejores ingredientes y técnicas, es decir, los componentes de las biotintas y la disposición de capas que den una buena estructura y estabilidad al tejido. En este caso, los investigadores han descubierto la mejor fórmula para fabricar el tejido cardíaco: poner tres capas de biotinta muscular entre dos capas de biotinta vascular, en una disposición concreta (ver esquema).
Para empezar, han perfeccionado la receta base de la biotinta, que consiste en cuatro ingredientes básicos: gelatina, fibrinógeno, ácido hialurónico y mTG. La gelatina proporciona la consistencia y plasticidad adecuadas, siendo muy útil en bioimpresión. El fibrinógeno y el ácido hialurónico cumplen la misma función que en la matriz extracelular: dan estructura, flexibilidad y apoyo a las células. Por último, la transglutaminasa microbiana (mTG) es una enzima que promueve la creación de enlaces entre capas de células, esencial para la estabilidad del tejido una vez implantado in vivo. A partir de esta base, se pueden generar las dos tintas por separado. Por un lado, a la biotinta muscular hay que añadir los cardiomiocitos, en este caso obtenidos a partir de células madre pluripotentes inducidas. Para conseguir la biotinta vascular, se utilizarán microfragmentos vasculares provenientes del tejido adiposo del propio huésped mediante liposucción.
El RegenBell: medicina regenerativa puntera gracias al trabajo en equipo
Este estudio es resultado de cuatro años de trabajo en equipo por parte del grupo de potencia de células madre del RegenBell en colaboración con otros grupos del mismo programa. Todos ellos se muestran muy satisfechos con los resultados y recuerdan la importancia de la investigación básica, es decir, aquella que no tiene una aplicación directa, para poder encontrar nuevas terapias en un futuro. “Sin todo el conocimiento previo sobre el miocardio y su vascularización, ahora la medicina regenerativa no hubiera podido aprovechar los avances tecnológicos como la bioimpresión 3D y la orientación clínica para encontrar nuevos tratamientos personalizados. Además, estudios como este también nos ayudan a conocer aún mejor la biología del tejido cardíaco” explica el Dr Raya.
En este estudio, los cardiomiocitos han sido obtenidos de células madre pluripotentes inducidas provenientes del nodo IDIBELL del Banco Nacional de Líneas Celulares, pero, de cara a la potencial aplicación en humanos, se prevé que el tejido cardíaco se pueda generar con células inmunocompatibles y así evitar el posible rechazo inmunitario. En este sentido, el grupo de terapia con células madre pluripotenciales del IDIBELL está liderando el HAPLO-iPS, un proyecto europeo que pretende crear un banco de células madre pluripotentes inducidas inmunocompatibles con una gran parte de la población que proporcionarán múltiples aplicaciones biomédicas.
El Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) es una centro de investigación creado el 2004 especializado en cáncer, neurociencia, medicina translacional y medicina regenerativa. Cuenta con un equipo de más de 1.500 profesionales que, desde los 73 grupos de investigación, generan más de 1.400 artículos científicos al año. El IDIBELL está participado por el Hospital Universitario de Bellvitge y el Hospital de Viladecans del Instituto Catalán de la Salud, el Instituto Catalán de Oncología, la Universidad de Barcelona y el Ayuntamiento de L’Hospitalet de Llobregat.
IDIBELL es miembro del Campus de Excelencia Internacional de la Universidad de Barcelona HUBc y forma parte de la institución CERCA de la Generalitat de Catalunya. En 2009 se convirtió en uno de los cinco primeros centros de investigación españoles acreditados como instituto de investigación sanitaria por el Instituto de Salud Carlos III. Además, forma parte del programa “HR Excellence in Research” de la Unión Europea y es miembro de EATRIS y REGIC. Desde el año 2018, IDIBELL es un Centro Acreditado de la Fundación Científica AECC (FCAECC).