Retos que plantea la fabricación de un órgano artificial.

El primero es el tamaño. Sería inimaginable intentar introducir una bomba que ocupara demasiado volumen, baste recordar que los pulmones comparten la caja del tórax y requieren espacio para hacer el trabajo de contracción y expansión durante la respiración.

El segundo es la fuente de energía. Una bomba requiere de electricidad que la haga funcionar. Al no poder permanecer conectado el paciente a una toma de corriente, no hay otra alternativa que el uso de baterías. Así fue necesario inventar también una fuente de energía de larga duración, que ocupara poco espacio; o bien que pudiese mantenerse fuera del cuerpo, pero con posibilidad de conectarse con el artefacto que se mantenía adentro. Aquí no pueden darse el lujo de que se acaben las pilas.

Los materiales ocupados deben ser inertes, es decir que no provoquen ningún tipo de reacción negativa y que tampoco sean identificados como extraños por el cuerpo. De no ser así, el sistema inmunológico haría lo necesario para defenderse de lo que no le pertenece al organismo, dando lugar a las ya conocidas reacciones de rechazo.

Otro problema consiste en la generación de calor. Cualquier máquina se calienta por la fricción de sus partes y eso sería indeseable. Imagina lo complicado que es, cuando no puedes poner un ventilador o algo parecido.

Y, bueno, tal vez parezca cosa de broma pero el ruido es también un obstáculo. Un corazón artificial debe ser una máquina silenciosa que no moleste al paciente y que permita a los médicos escuchar adecuadamente con el estetoscopio. Si hiciera el mismo ruido que un automóvil, sería realmente terrible.

Impresión de órganos

Impresión de órganos

Gotas con miles de células, en lugar de tinta, caen de los cabezales sobre una superficie gelatinosa. Las células se asocian y arman una estructura en tres dimensiones.  La bio-impresora fue diseñada para intentar salvar la vida de millones de personas. Sin embargo, los especialistas advierten que la ilusión de producir un órgano está aún lejos de concretarse.

Injertos artificiales de piel, cartílago y hueso. Córneas, vejigas y hasta vasos sanguíneos. Con la aspiración de construir órganos y regenerar tejidos, se atreve a combinar la biología con la arquitectura y la ingeniería. Aquí, una de sus últimas y más audaces apuestas: una impresora de chorro de tinta modificada que promete producir cualquier parte de nuestro cuerpo. Los trabajos del doctor Vladimir Mironov, de la Universidad de Carolina del Sur en Estados Unidos, demuestran que nuestra protagonista ya imprimió sus primeros tejidos.

Con impresoras que colocan capa por capa el material deseado en el lugar indicado.  “Utilizan un brazo robótico que, en lugar de tinta, coloca células”, explica el doctor Pablo Argibay. Las gotas de bio-tinta con grupos de miles de células, llamados esferoides, caen en forma precisa y automática sobre una superficie gelatinosa. Este gel biodegradable, o matriz, funciona como papel biológico sobre el cual la impresora dirige y coloca cada gota, según le indique el mapa del órgano en cuestión.

Mironov plantea la posibilidad de que las gotas de bio-tinta, colocadas lo suficientemente cerca, se fusionen, pasen de un mini a un macro tejido y así materializar un órgano. Sin embargo se dice que  “Muchos trabajaron en la obtención de células de músculo cardíaco y no logran hacerlas latir”.

Según Mironov, las técnicas utilizadas hasta ahora en la producción de tejidos artificiales, que se basan en hacer crecer células sobre un soporte sólido en contraposición a la fluidez y fusión de los esferoides, todavía presentan limitaciones que les impiden llegar a un grado de mayor complejidad.

El obstáculo que se repite en la mayoría de las técnicas de ingeniería de tejidos, y la impresión de órganos no es la excepción, es obtener la cantidad de células suficiente para regenerar o, en este caso, imprimir la zona lesionada.

De acuerdo al pionero en ingeniería de tejidos Robert Langer, del Massachusetts Institute of Technology en Estados Unidos, 50 millones de personas ya se beneficiaron gracias a ellas. En el futuro, una de cada 5 personas mayores de 65 años es probable que requiera de estos avances.

Sin embargo, existen peligros que implican determinadas metodologías. La fantasía terapéutica, la capacidad de las células madre de producir tumores, de migrar dentro del cuerpo con la posibilidad de generar metástasis, entre muchas otras. 

El Corazón artificial

Ingeniería Biomédica

La ingeniería biomédica es el resultado de la aplicación de los principios y técnicas de la ingeniería al campo de la medicina. Se dedica fundamentalmente al diseño y construcción de productos sanitarios ytecnologias sanitarias tales como los equipos médicos, las prótesis, dispositivos médicos, dispositivos de diagnóstico (imagenología médica) y de terapia. También interviene en la gestión o administración de los recursos técnicos ligados a un sistema de hospitales. Combina la experiencia de la ingeniería con las necesidades médicas para obtener beneficios en el cuidado de la salud. El cultivo de tejidos, lo mismo que la producción de determinadosfármacos, suelen considerarse parte de la bioingeniería.

Ingeniería de Tejidos

La Ingeniería de tejidos, también conocida como medicina regenerativa o terapia celular(según el autor este último término también puede ser considerado como un campo de la medicina regenerativa y no serían términos sinónimos), es la rama de la bioingenieria que se sirve de la combinación de células, métodos de ingeniería de materiales, bioquímica y fisioquímica para mejorar o reemplazar funciones biológicas. Mientras la mayoría de definiciones de la ingeniería de tejidos cubre un amplio rango de aplicaciones, en la práctica el término esta íntimamente relacionado con las aplicaciones de reparar o reemplazar parcial o totalmente tejidos (por ejemplo hueso, cartílago, válvula cardíaca, vejiga, etc.). A menudo, los tejidos implicados requieren ciertas propiedades mecánicas y estructuras para su propia función.

Esta ingeniería es una especialidad que aplica los principios de la ingeniería y las ciencias de la vida a la fabricación de sustitutos biológicos que mantengan, mejoren o restauren la función de órganos y tejidos en el cuerpo humano. De naturaleza eminentemente interdisciplinaria, la ingeniería de tejidos incluye conceptos de ramas tan diversas como la biología celular, la microfabricación, la robótica y la ciencia de los materiales para diseñar partes de reemplazo del cuerpo humano.

El término ha sido también aplicado a los esfuerzos de diseño de funciones bioquímicas usando células junto con sistemas de soporte creados artificialmente (como por ejemplo un páncreas artificial o hígado artificial).

Historia del corazón artificial

El primer trasplante de corazón se hizo en 1967. Desde entonces se han mejorado las técnicas quirúrgicas y se han encontrado medicamentos para reducir el riesgo de rechazo de un órgano extraño, fenómeno frecuente en el cuerpo del paciente que recibe un corazón sano en donación.

Imaginarás que las dificultades para obtener un corazón ideal para el transplante son muchas. 

Entre las principales, podemos anotar que el órgano continúe vivo a pesar de que el donador ya no pueda estarlo; además de que el receptor sea también compatible. Con esos problemas, los trabajos para diseñar un corazón artificial, son tan viejos como los primeros intentos de trasplante. Robert Jarvik tiene el honor de haber diseñado el primer corazón artificial que fue colocado en un paciente. Esto ocurrió en 1982, 15 años después del primer trasplante.

El prototipo se llamó Jarvik-7 y el paciente pudo sobrevivir por tan sólo tres meses. Hubo otros cuatro intentos, pero ninguno de los receptores logró rebasar el récord impuesto por el primero: murieron en mucho menos tiempo. Con esta mala racha, el uso del Jarvik-7 fue suspendido. Puedes notar que el diseño y la producción de corazones artificiales es uno de los campos donde la física, la biología, la medicina y otras disciplinas tienen que trabajar conjuntamente.

Jarvik no fue el primero en hacer un diseño de este tipo. Al menos se tienen registradas cien patentes de corazón artificial en los Estados Unidos, pero ninguno de ellos era lo suficientemente confiable como para experimentar en una persona, aunque estuviese moribunda. Un corazón no es otra cosa que una bomba. Su papel es el de generar impulsos a presión, para que la sangre pueda hacer su recorrido por todo el organismo.

Originalmente, Robert Jarvik pensaba que lo ideal era el transplante de un corazón real como solución al problema de los pacientes. La idea del órgano artificial era tan sólo una solución momentánea para mantener vivos a los enfermos mientras llegaba su turno para una cirugía de cambio completo de músculo cardíaco.

Pero, bueno: el señor es más que empeñoso y hace muy pocos años presentó el modelo Jarvik-2000 notablemente mejorado. Para que tengas una idea del avance, diremos que el tamaño de este nuevo artefacto es apenas como el dedo pulgar de un adulto. Los impulsos son generados y controlados por un transmisor que se atornilla al cráneo por detrás de la oreja. No es una antena parabólica ni nada por el estilo: se trata de un dispositivo del tamaño de una moneda. Esto y el sistema de cableado van por debajo de la piel.

Ah: y la dificultad de la fuente de energía se ha resuelto con una batería externa que se lleva en la cintura.

Como último detalle habría que mencionar el costo. Es un pequeño motorcillo, pero pareciera que se está comprando un automóvil de lujo. El sólo aparato, sin gastos de instalación, mantenimiento o verificación, tiene un valor de aproximadamente 50 000 libras esterlinas. Según sus promotores, es barato si se compara con lo que cuesta cuidar a un enfermo del corazón. También dicen: “¿Cuánto vale su vida?”

De lo que no hay duda, es que se trata de un mundo de dinero que muy pocos podrían pagar.

Robert Jarvik: buen diseñador, mejor comerciante

Aquí salen un par de enseñanzas:

La primera, que el trabajo entre disciplinas cada vez es más necesario e importante para encontrar soluciones. El conocimiento ha llegado al punto en que para avanzar, se requiere que el profesional eche mano de diferentes ramas del conocimiento, o bien, que conocedores de diferentes campos trabajen en proyectos comunes. La otra, que para trabajar en el campo de la salud no se requiere forzosamente ser médico, hay muchas otras profesiones que cada vez colaboran más; ejemplos de ello son la ingeniería biomédica, la genética, la física y muchas más.