Científicos crean un minihígado funcional mediante impresión 3D

Se trata de una técnica desarrollada en el Centro de Investigaciones sobre el Genoma Humano y Células Madre apoyado por la FAPESP, que hace posible la producción en laboratorio de tejido hepático en tan solo 90 días. Y en un futuro podrá convertirse en una alternativa a la donación de órganos

Por Maria Fernanda Ziegler  |  Agência FAPESP – Con base en células sanguíneas humanas, científicos brasileños lograron obtener organoides hepáticos –también denominados minihígados– capaces de ejercer las funciones típicas de ese órgano, tales como la producción de proteínas vitales y la secreción y el almacenamiento de sustancias. Esta innovación hace posible la producción en laboratorio de tejido hepático en tan solo 90 días, y podrá en el futuro erigirse como una alternativa a los trasplantes de órganos.

En este estudio, realizado en el Centro de Investigaciones sobre el Genoma Humano y Células Madre (CEGH-CEL) –un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) financiado por la FAPESP y con sede en la Universidad de São Paulo (USP)–, se combinaron técnicas de bioingeniería, tales como la reprogramación celular y la producción de células madre pluripotentes, con la bioimpresión 3D. Esta estrategia permitió que el tejido elaborado en la impresora mantuviera las funciones hepáticas durante un período más extenso que el registrado en trabajos anteriores de otros grupos.

“Aún existen etapas que deben alcanzarse hasta que obtengamos un órgano completo, pero estamos en un camino sumamente prometedor. En un futuro cercano, es posible que, en lugar de esperar por un trasplante de órgano, se puedan emplear células de la propia persona y reprogramarlas para construir un nuevo hígado en laboratorio. Otra ventaja importante reside en que, debido a que son células del propio paciente, las probabilidades de rechazo serían nulas teóricamente”, dijo Mayana Zatz, coordinadora del CEGH-CEL y coautora del artículo publicado en la revista Biofabrication.

La innovación de este estudio radica en la forma de incluir a las células en la biotinta utilizada para formar el tejido en la impresora 3D. “En lugar de imprimir células individualizadas, desarrollamos una manera de agruparlas antes de la impresión. Esos ‘grumitos’ de células o esferoides constituyen el tejido y mantienen su funcionalidad durante mucho más tiempo”, explicó Ernesto Goulart, posdoctorando en el Instituto de Biociencias de la USP y primer autor del artículo.

De este modo, se evita un problema común en la mayoría de las técnicas de bioimpresión de tejidos humanos: la pérdida paulatina del contacto entre las células y, por consiguiente, la de la funcionalidad del tejido.

En este estudio, la formación de los esferoides se concreta desde el proceso de diferenciación, cuando las células pluripotentes se transforman en células del tejido hepático (hepatocitos, células vasculares y células mesenquimales). “El proceso de diferenciación comienza cuando se agrupan las células. Se las cultiva en agitación y espontáneamente forman agrupamientos”, dijo Goulart.

Un hígado en 90 días

De acuerdo con los investigadores, el proceso completo –desde la extracción de la sangre del paciente hasta la obtención del tejido funcional– tarda aproximadamente 90 días, y puede dividírselo en tres etapas: diferenciación, impresión y maduración.

De entrada, los investigadores reprograman las células sanguíneas para que retornen a un estadio de pluripotencia característico de las células madres (células madre pluripotentes inducidas o iPS, la técnica que le redituó el Premio Nobel de Medicina al científico japonés Shinya Yamanaka en 2012). Luego les inducen su diferenciación en células hepáticas.

Se mezclan luego los esferoides con la biotinta, una especie de hidrogel, y se los imprime. Las estructuras resultantes pasan por un período de maduración en cultivo que se extiende durante 18 días.

“La deposición de los esferoides durante la impresión se produce en tres ejes, algo necesario para que el material adquiera volumen y que el tejido tenga sostén. Posteriormente se concreta una reacción de reticulado para que la impresión –que posee la consistencia de un gel– se enrigidezca a punto tal de que pueda manipulársela o incluso suturársela”, dijo Goulart.

En la mayoría de los métodos disponibles para la impresión de tejidos vivos se aplica la inmersión y la dispersión celular dentro de un hidrogel para recapitular el microambiente y la funcionalidad del tejido. No obstante, se comprobó que al efectuar la dispersión célula por célula, la tendencia indica que se registra una pérdida del contacto celular y de la funcionalidad.

“Es un proceso un tanto traumático para las células, que requieren de un tiempo para acostumbrarse al ambiente y adquirir su funcionalidad. En esa etapa, aún no constituyen un tejido, pues están dispersas; pero, tal como pudimos constatarlo, ya poseen la capacidad para desintoxicar a la sangre y también para producir y secretar albúmina [una proteína elaborada exclusivamente por el hígado], por ejemplo”, declaró Goulart a Agência FAPESP.

En el estudio, los investigadores desarrollaron los minihígados utilizando como materia prima células sanguíneas de tres voluntarios. Se compararon marcadores relacionados con la funcionalidad, tales como el mantenimiento del contacto celular, la producción y la liberación de proteínas. “Los esferoides funcionan mucho mejor que los obtenidos mediante dispersión célula por célula. Tal como estaba previsto, durante la maduración, los marcadores de la función hepática no disminuyeron”, dijo.

Si bien el estudio se ciñó a la producción de hígados en miniatura, Goulart estima que será posible producir órganos enteros en el futuro, y que podría trasplantárselos. “Hicimos este trabajo a una escala mínima, pero con inversiones e interés, será mucho fácil escalonarlo”, dijo.

Puede leerse el artículo intitulado 3D bioprinting of liver spheroids derived from human induced pluripotent stem cells sustain liver function and viability in vitro (doi: 10.1073/pnas.1904384116), de Ernesto Goulart, Luiz Carlos de Caires-Junior, Kayque Alves Telles-Silva, Bruno Henrique Silva Araujo, Silvana Aparecida Rocco, Mauricio Sforca, Irene Layane de Sousa, Gerson Shigeru Kobayashi, Camila Manso Musso, Amanda Faria Assoni, Danyllo Oliveira, Elia Caldini, Silvano Raia, Peter I. Lelkes y Mayana Zatz, en el siguiente enlace: iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab4a30.