Ingenieria de Tejidos y Órganos; un futuro prometedor

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE MEDICINA

DHTIC

ENSAYOIngeniería en órganos; un futuro prometedor.

EQUIPO: DHTIC-21315-6

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

PAULA ZURAMY SERRANO JOVADIANA VALERIA TAMARIZ JIMENEZANA KAREN RODRIGUEZ MONTIEL

SECCIÓN: 403

HORARIO: LUNES Y MIÉRCOLES 09:00-11:00 AM

PROFESORA: LILIAN GAONA OSORIO

OTOÑO 2015

Ingeniería en órganos; un futuro prometedor.

Resumen. La ingeniería de tejidos y órganos es la nueva ciencia que con sus

métodos innovadores está haciendo posible fabricar nuevos tejidos sanos,

logrando restaurar la funcionalidad parcial o total de tejidos u órganos dañados.

Esta ciencia sin duda, traerá consigo un futuro prometedor a nuestro país y al

mundo, ya que permitirá el desarrollo de tejidos y órganos que sean similares a los

naturales; brindando así también beneficios importantes a la sociedad.

PALABRAS CLAVE

Terapia celular: proceso de introducción de nuevas células en un tejido para

poder tratar una enfermedad.

Genética: parte de la biología que estudia los genes y los mecanismos que

regulan la transmisión de los caracteres hereditarios.

Terapia génica: tratamiento que consiste en la introducción de genes específicos

en las células de un paciente para combatir ciertas enfermedades.

Traumatismo: daño físico en el que un organismo o tejido es afectado por una

lesión, que en ciertos casos, puede derivar en complicaciones secundarias que

ponen en riesgo la vida.

Regeneración: reactivación del desarrollo para restaurar tejidos faltantes.

Trasplante: tratamiento médico complejo que consiste en

trasladar órganos, tejidos o células de una persona a otra.

Célula madre: células que se encuentran en todos los organismos que poseen la

capacidad de dividirse y diferenciarse en cualquier tipo de células especializadas

y autorrenovarse para producir más células madre que funcionan como un sistema

reparador del cuerpo.

Tejido: estructuras constituidas por un conjunto organizado de células.

Andamiaje: conjunto de andamios, o bien, estructura exterior desde la que se

organiza y configura determinado aspecto.

Biomaterial: materiales biológicos comunes tales como piel, madera, o cualquier

elemento que remplace la función de los tejidos o de los órganos vivos que por lo


general son sustancias inertes diseñadas para ser implantadas o incorporada

dentro del sistema vivo.

Polímeros: macromoléculas compuestas por una o varias unidades químicas que

se repiten a lo largo de toda una cadena.

In vivo: experimentación hecha dentro del tejido o en el tejido que ocurre o tiene

lugar dentro de un organismo vivo.

In vitro: técnica para realizar un determinado experimento generalmente en un

ambiente controlado fuera de un organismo vivo.

I. INTRODUCCIÓN

El desarrollo de la medicina, con sus grandes logros científicos y técnicos, han

hecho posible la generación de una nueva era de la medicina regenerativa. La

base fundamental de esta disciplina son los nuevos conocimientos sobre las

células madre justificándose en la capacidad que poseen de convertirse en células

especializadas. La medicina regenerativa tiene su sustento también en otras áreas

como lo son la terapia celular, la ingeniería genética y el trasplante de órganos y

tejidos, que se complementan para poder subdesarrollarse en todos los aspectos

en los que se objeta esta ciencia. Sin duda todos los avances obtenidos dentro de

esta área han permitido mantener el optimismo con respecto a la búsqueda de

terapias y por consiguiente se ha logrado replantear los objetivos específicos que

se desean alcanzar con el desarrollo, avance e innovación de la medicina

regenerativa. La ingeniería de órganos y tejidos es la nueva ciencia que con sus

técnicas basadas en el cultivo de células in vitro están haciendo posible la

producción de tejidos que sustituyan a los lesionados, abriendo la posibilidad de

fabricar nuevos órganos, en donde, a partir de un pequeño fragmento de tejido se

puede lograr restaurar la funcionalidad de los tejidos dañados o lesionados. Los

temas desarrollados en este apartado son de suma importancia debido a que cada

uno tiene grandes aportes científicos que han ido evolucionando en sus diferentes

ramas médicas con el fin de mejorar nuestra calidad de vida.

Este trabajo se ha elaborado con el fin de dirigirlo a una audiencia lo más amplia

posible; en particular a personal académico y público con interés en el tema.


II. OBJETIVOS DE LA MEDICINA REGENERATIVA EN GENERAL

La medicina regenerativa actual se ha basado fundamentalmente en los nuevos

conocimientos acerca de las células madre y en su capacidad de convertirse en

células especializadas de diferentes tejidos. Los principales objetivos de la

medicina regenerativa se enfocan en la curación de enfermedades sin tratamiento,

regeneración de tejidos dañados a consecuencia de la edad o por algún

traumatismo, la creación de órganos que puedan ser utilizados en trasplantes y la

solución de trastornos genéticos que puedan recibir terapia. Todo esto por

supuesto vinculado a diferentes áreas científicas de la medicina regenerativa,

como son la terapia celular avanzada, la ingeniería genética y la ingeniería de

órganos y tejidos, que en este caso, nos enfocaremos principalmente en

desarrollar esta última.

Los sustentos principales de la medicina regenerativa se basan primordialmente

en estas áreas o conductas usadas para remplazar células dañadas en

determinados tejidos por células nuevas y sanas; planteando la generación y

reconstrucción in vivo de tejidos y órganos.

No obstante, es importante aclarar que todos estos objetivos antes mencionados,

en base a la medicina regenerativa, tienen una directa y estrecha relación con el

enfoque y los objetivos específicos de la ingeniería de órganos y tejidos, por lo que

es necesario relacionar ambos puntos, es decir, medicina regenerativa e

ingeniería de órganos y tejidos.

III. ENFOQUE DE LA MEDICINA REGENERATIVA EN LA INGENIERÍA DE

ÓRGANOS

La ingeniería de órganos y tejidos es un amplio campo dentro de la medicina

regenerativa en donde se ha dado un papel importante a la incorporación de la

investigación sobre autocuración. Es decir el enfoque en donde el cuerpo puede

usar sus propios sistemas y en algunas ocasiones con ayuda de biomateriales,

para recrear células y reconstruir tejidos y órganos.

Tanto la medicina regenerativa como la ingeniería de tejidos y órganos son

intercambiables, ya que estos campos se han enfocado principalmente en las


curas para enfermedades complejas y por consiguiente de enfermedades

crónicas, en vez de su tratamiento.

Un aspecto destacable que conforma uno de los elementos básicos de la medicina

regenerativa, es que se apoya en los factores intra e intercelulares que el

organismo emplea para su autoreparación.

El desarrollo de órganos bioartificiales para remplazar aquellos que no funcionan o

no existen, utiliza también, además de células vivas, andamiajes elaborados a

partir de materiales poliméricos. Los materiales más adecuados para la

elaboración de andamios en ingeniería de tejidos y órganos son los polímeros

sintéticos con capacidad de degradarse y eliminarse completamente por vías

metabólicas.

Dentro de las consideraciones que se han tomado en cuenta con respecto a los

materiales adecuados para este tipo de disciplinas, se concuerda en que lo ideal

sería poder obtener un biopolímero que sea biocompatible, que no presente

ningún tipo de reacciones biológicas adversas, que sea reabsorbible, que se

degrade de forma paulatina a medida que se forma el nuevo tejido y que los

productos de la degradación sean fácilmente eliminables y no tóxicos.

La ingeniería de tejidos se basa en la utilización de biomateriales que posean las

características mencionadas y que además sean capaces de estimular la

respuesta celular y molecular de forma controlada para actuar como soportes

temporales.

La primera generación de biomateriales tuvo lugar durante los años 60 y 70, en

donde la meta era obtener materiales cuyas propiedades físicas se adaptaran lo

mejor posible a las del tejido a remplazar y que por consiguiente tuvieran una

reacción mínima con el tejido circundante, dicho de otra forma, materiales inertes.

La segunda generación surge en los años 80 donde en aquel entonces el objetivo

era que los materiales indujeran una reacción controlada por parte del tejido vivo,

en donde tienen lugar los materiales bioabsorbibles como lo eran los polímeros

biodegradables.

Actualmente nos encontramos con la tercera generación de biomateriales, en

donde el objetivo es que estos materiales diseñados interactúen con el tejido de


forma específica mediante estímulos a nivel tanto celular como molecular, y que

además combinen las propiedades de biabsorbabilidad y bioactividad dentro del

mismo material.

Por lo tanto se puede decir que la ingeniería de tejidos y órganos es una de las

áreas con más potencial dentro del campo de la medicina regenerativa, ya que

claramente la utilización de esta metodología implica disminuir de forma

considerable muchos de los problemas relacionados con otras técnicas , como son

intervenciones costosas y además dolorosas para la extracción de tejidos en caso

de autoinjertos, la disponibilidad de donantes, el riesgo de transmisión de

enfermedades infecciosas en caso de los injertos y las reacciones de rechazo de

los mismos.

IV. PAPEL DE LAS CÉLULAS MADRE EN LA INGENIERIA DE ÓRGANOS

Las células madre son aquellas que se encuentran en todos los organismos

multicelulares y que tienen la capacidad de dividirse y diferenciarse en diversos

tipos de células especializadas, además de que también pueden autorenovarse

para producir células madre nuevas.

Las células son los componentes fundamentales del tejido y a su vez los tejidos

son la unidad básica de la función de un organismo. Los grupos de células forman

y secretan sus propias estructuras de soporte, es decir, su matriz extracelular.

Esta matriz no solo funciona como soporte para las células, sino que por otro lado

actúa como estación de repetición para diversas moléculas de señalización, lo que

quiere decir que las células reciben mensajes de muchas fuentes disponibles.

Entender todo este proceso, saber cómo responden las células especializadas a

las señales, como interactúan con su entorno y como se organizan en los tejidos y

organismos, es fundamental para que los investigadores logren alcanzar la

manipulación de estos procesos para sanar tejidos dañados e inclusive crear

nuevos.

En principio, es necesaria la construcción de un andamio, para que después se

puedan introducir células con o sin factores de crecimiento en un entorno, que, si

es adecuado, se desarrollará un nuevo tejido. En algunos casos, las células, los


andamios y los factores de crecimiento, se mezclan para permitir que el tejido se

autoensamble.

V. MEDICINA REGENERATIVA Y EL SECTOR SOCIAL

Como ya se ha mencionado previamente, la medicina regenerativa pretende en un

futuro no muy lejano alcanzar ciertos objetivos planteados inicialmente pero que

se ven limitados a su desarrollo por distintos factores como el económico y el

social, este último haciendo énfasis en la bioética. La existencia del Comité

Internacional de Bioética perteneciente a la UNESCO tiene la intención de regular

las acciones que se pueden realizar en la práctica profesional con lo que a la salud

respecta, sin embargo dichas regulaciones muchas veces intervienen

directamente en el desarrollo científico y tecnológico de descubrimientos o

simplemente de mejoras.

En la actualidad la importancia de la medicina es puntualizada por instituciones

académicas, gubernamentales e industrias públicas y privadas puesto que esta

visto como una potencial opción terapéutica a mediano y largo plazo, con

intenciones de generar inversión para lograr aterrizar en consensos con

intenciones de analizar y observar las demandas a nivel regional en materia de

problemas de salud para así atender dichas necesidades, "Estamos hablando de

una posible aplicación en un amplio grupo de la población, como serían las

personas con enfermedades crónico-degenerativas; razón por la que la medicina

regenerativa se convertiría en una aplicación de salud pública", señaló el Dr.

Alfonso Carrón, investigador del Centro de Investigación de Salud Pública.

Se plantea que la medicina regenerativa participe activamente en procesos

patológicos como enfermedades cardiovasculares, diabetes mellitus, lesiones

óseas como osteoporosis, entre otras y es importante mencionar que México

presenta como primer padecimiento la diabetes mellitus, siendo la medicina

regenerativa una posible y viable solución para los pacientes con diabetes, ahí

viene la idea de no olvidar este tema de gran relevancia que está ligado a otros

temas del área de la salud,


VI. TECNOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR EN EL TRASPLANTE

Es importante mencionar este apartado pues gran parte de la ingeniería en

órganos requiere de trasplantes. Hay varios requisitos que se deben cumplir en

nuestro organismo para llevar acabo y con éxito el estudio y aplicación de un

trasplante.

Un trasplante es la transferencia de células vivas, órganos o tejidos de una parte

del organismo a otra o de un individuo a otro. Existen diferentes tipos de

trasplante: autotrasplante (aquel injerto en el que donante y receptor son el mismo

individuo), singénico (aquel que se realiza entre dos individuos que son

genéticamente idénticos), alotrasplante (se realiza entre dos individuos diferentes

pertenecientes a la misma especie).

Durante la última década, diferentes grupos de investigadores han definido varias

fuentes de células progenitoras, las cuales se reconocen por su capacidad de

autorrenovación y potencial de diferenciación a diversas estirpes celulares. Hoy

día se acepta la existencia de células que cumplen ambas premisas en casi todos

los órganos de individuos adultos, así como su participación en la reparación de

pequeñas lesiones que se producen constantemente. Dentro de este grupo de

células, las más conocidas son las residentes en la médula ósea, que se han

clasificado en relación con su principal función en precursores hematopoyéticos y

en células unidas al estroma de la médula ósea, también llamadas células

mesenquimales.

Las células madre mesenquimales (CMM) son progenitores multipotenciales no

hematopoyéticos encontrados en la médula ósea, cordón umbilical, corazón,

músculo esquelético y tejido adiposo. Estas células son capaces de diferenciarse

en líneas celulares del mesénquima y no expresan antígenos HLA clase II. Se

consideran importantes en la reparación de médula ósea, cartílago, piel y

enfermedades neurales y mejoran la función cardiaca y renal. El efecto de las

CMM es dosis dependiente y parece que es independiente del complejo principal

de histocompatibilidad (CPH).

Las CMM tienen capacidad regenerativa y basado en esta función se hace

interesante su uso como agente celular en el trasplante de órganos sólidos,


semejante a la función de hiposensibilización de las transfusiones sanguíneas en

el pasado. Esta propiedad se está ensayando en las transfusiones de CMM para

desensibilizar a los pacientes que tienen reiteradamente pruebas cruzadas

positivas antes de trasplante renal, aun habiéndose utilizado previamente

diferentes métodos de desensibilización, como, inmunoglobulina intravenosa,

anticuerpos monoclonales y anticuerpos B.

Esta breve revisión hace referencia a los esfuerzos internacionales para prevenir

el rechazo agudo y crónico del riñón trasplantado incluyendo de forma significativa

la utilización de las CMM por sus propiedades y ventajas. La mayor experiencia ha

sido en el trasplante renal de donante vivo, pero se pudiera especular que en el

trasplante de donante cadavérico se pudieran extraer células madre al propio

paciente, cultivarlas, conservarlas y a los 7 días siguientes inyectárselas para

luchar contra el rechazo.

En México el órgano con mayor lista de espera es el de córnea y riñón. Los

órganos que aún no se trasplantan son intestino y estómago, el que tiene mayor

dificultad son los pulmones; la mayor demanda de trasplantes lo hacen mujeres.

VII. PRODUCCIÓN DE PIEL HUMANA.

Dentro de las investigaciones realizadas encontramos un tema que nos pareció

muy importante, producción de piel humana. La piel constituye el órgano más

grande del cuerpo humano, protegiéndolo del medio ambiente, además juega un

papel importante en otras funciones vitales como en la regulación de nuestro

metabolismo, actúa a nivel del sistema nervioso central detectando por medio de

nuestros receptores estímulos.

Esto ha hecho que se haya generado la necesidad de crear un sustituto para la

misma ante las lesiones y daños que se pueden producir por las diversas

enfermedades y accidentes a los que estamos expuestos.

De acuerdo a las investigaciones antes realizadas, durante el siglo XX se iniciaron

las primeras técnicas para el cultivo de células in vitro, haciendo posible que las

células de un organismo sobrevivieran y se multiplicaran por tiempo indefinido. Sin

embargo esta técnica no permitía una proliferación epitelial suficiente y a lo largo


del tiempo se han ido modificando algunos métodos para una mejor producción de

células en nuestro cuerpo.

Para entender la importancia de este tema es necesario el conocimiento general

de la estructura y función de la piel:

Empezaremos describiendo la capa más superficial que es la epidermis, esta

consta de varios estratos principales; el primero es el estrato basal, compuesto de

melanocitos y queratinocitos, producidos por células madre y células

amplificadoras transitorias. Los queratinocitos tienen la capacidad de dividirse y

migrar hacia el exterior para el recambio continuo de las células del estrato

córneo. El estrato córneo, la capa más externa, está compuesta por 15 a 20 filas

de células terminales sin núcleo y son largadas, estas células se descaman

continuamente en la superficie de la piel y por esa razón son reemplazadas de

manera constante. Por otro lado los meloncitos son los que le dan la pigmentación

a nuestra piel.

De debajo de esta capa, encontraremos a la dermis que consiste en una matriz

extracelular de proteínas fibrosas y no fibrosas, con células permanentes y

transitorias, vasos sanguíneos y linfáticos, nervios y tejido muscular. En esta capa

encontraremos estructuras como glándulas y folículos pilosos. Se divide en dos

subcapas: la dermis papilar y la dermis reticular, ambas integran una estructura

sensorial que almacena una parte del agua corporal, y brinda resistencia

mecánica, elasticidad, homeostasis, cicatrización y defensa inmune. Las células

residentes de la dermis son los fibroblastos, las células mesenquimales con forma

dendrítica y los mastocitos. Los fibroblastos son las células más abundantes de

este tejido y son metabólicamente muy activas en la secreción de componentes de

la matriz extracelular, se encargan de la síntesis y degradación del tejido

conjuntivo fibroso y no fibroso de la matriz extracelular proteica.

Teniendo claros esos puntos clave haremos énfasis en la producción de piel. El

primer paso es la toma piel sana de un lugar en el cuerpo (biopsia de 2 a 3 cm2),

llamado el sitio donante. A la mayoría de las personas que se someten a un injerto

de piel les practican un injerto de piel de grosor parcial, en el cual se toma piel de

las dos capas cutáneas superiores del sitio donante (la epidermis) y de la capa por


debajo de la epidermis (la dermis). El sitio donante puede ser cualquier zona del

cuerpo, estos injertos incluyen la pared torácica, la espalda o la pared abdominal..

El injerto se extiende con cuidado en la zona descubierta a donde se va a

trasplantar y se sostiene en su lugar, ya sea presionando suavemente con un

vendaje grueso que lo cubra o por medio de grapas o unos cuantos pequeños

puntos de sutura. La zona donante se cubre con un vendaje estéril por 3 a 5 días.

Las personas con una pérdida de tejido más profundo pueden necesitar un injerto

de piel de grosor total. Esto requiere el grueso completo de la piel del sitio donante

y no sólo las dos capas superiores. Un injerto de piel de grosor total es un

procedimiento más complicado. De esta manera se hace posible el entendimiento

de la producción de piel, esta técnica tiene el fin de mejorar las alternativas

terapéuticas de los pacientes con lesiones en la piel, siendo una de éstas el

autoinjerto obtenido a partir del cultivo de los queratinocitos derivados de un

fragmento de la propia piel.

VIII. CONCLUSIÓN

No dudamos de un futuro prometedor. Cada vez son más los éxitos alcanzados en

el manejo de la tecnología basada en órganos y tejidos en la aplicación clínica.

Además, han mejorado las alternativas terapéuticas de los pacientes. El desarrollo

y aplicación clínica de estos órganos y tejidos son convenientes para la vida de los

pacientes pues aumentan la calidad y tasa de vida y disminuyen malestares. Es

importante no olvidar que las tecnologías y tratamientos que salvan vidas pueden

ser muy costosos, y que en ocasiones pueden producir efectos secundarios,

ligado a que en el futuro, también tendremos que enfrentaros con decisiones

difíciles. Independientemente de estas consideraciones, hay que decir que los

avances tecnológicos son asombrosos al aplicarlos a las nuevas terapias y que

las técnicas introducidas actualmente han revolucionado para bien de la mayoría

de los pacientes, algo que para nosotros como médicos es lo más importante; que

nuestro paciente se sienta bien en todos los sentidos.


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