Corazones a la carta por Dr. José Manuel Revuelta Soba

Según el informe de Donation and Transplantation Statistics 2026, tan solo en los Estados Unidos existe una lista de espera de trasplantes de más de 100.000 personas, donde se suma un nuevo paciente cada 8 minutos. El desbalance entre la creciente demanda y la escasa oferta de órganos humanos obliga a la búsqueda de nuevas alternativas (órganos artificiales, xenotrasplantes porcinos, etc.).

Hace pocos años, fabricar órganos humanos parecía una idea absurda; sin embargo, la utilización de biomateriales y células vivas para la bioimpresión 3D es una realidad científica en plena ebullición. Crear un corazón humano a medida constituye un viaje fascinante de audacia de la investigación científica y la bioingeniería.

Este concepto nació en 1988 cuando el biólogo molecular Robert Klebe (The University of Texas, EE.UU.) modificó una impresora 3D convencional de inyección para realizar lo que denominó Cytoscribing, logrando moldear los primeros patrones de células sobre colágeno. No obstante, el verdadero punto de inflexión ocurrió en 2003 en la Clemson University (South Carolina, EE. UU.), donde el bioingeniero Thomas Boland patentó una impresora 3D adaptada para tinta biológica compuesta por células vivas de diversos órganos y tejidos. Una década más tarde, la empresa estadounidense Organovo Holdings Inc. logró un hito científico al patentar el primer tejido bioimpreso de células hepáticas, demostrando que los tejidos humanos impresos pueden mantenerse vivos.

En 2019, un equipo de científicos de la Tel Aviv University (Israel), dirigido por Tal Dvir, consiguió el primer corazón a pequeña escala por bioimpresión 3D, utilizando células humanas reprogramadas y componentes biológicos obtenidos de un paciente, aunque sus células no latían de forma sincronizada. Meses más tarde, Adam Feinberg y su equipo de la Carnegie Mellon University (Pittsburgh, EE. UU.) lograron imprimir diversos componentes del corazón humano a escala real, mediante un procedimiento fascinante que denominaron técnica FRESH (del inglés, Freeform Reversible Embedding of Sustended Hydrogels).

Estos logros científicos han permitido la bioimpresión de parches vascularizados de tejido cardíaco para reparar las zonas dañadas por un infarto de miocardio, así como varios modelos funcionales a escala real para ensayar nuevos medicamentos, previos a los ensayos clínicos humanos. La ciencia está consiguiendo replicar la compleja anatomía cardiaca (aurículas, ventrículos, válvulas y vasos sanguíneos) utilizando células vivas de pacientes, mediante modelos digitales obtenidos de sus tomografías y resonancias magnéticas.

El proceso de bioimpresión 3D de órganos es complejo, constando de tres fases muy precisas y delicadas.

Recolección de células vívas

Para evitar el rechazo inmunológico del órgano, se comienza obteniendo una biopsia de tejidos del paciente (células grasas o epidérmicas). Estas células se reprograman en el laboratorio hasta convertirlas en células madre pluripotentes inducidas, iPS (del inglés, induced Pluripotent Stents) por su capacidad de generar la mayoría de órganos y tejidos humanos. Para la impresión del corazón se precisan dos tipos celulares: cardiomiocitos (células contráctiles) y células endoteliales (tapizan y protegen el interior de los vasos coronarios). Simultáneamente, se realiza una tomografía computarizada (TAC) y resonancia magnética del paciente para conseguir un modelo digital 3D de la anatomía cardiaca.

Preparación de la biotinta

La utilización de cualquier tipo de plástico fundido para la bioimpresión de un corazón destruiría la totalidad de las células vivas, siendo preciso usar hidrogeles con propiedades mecánicas especiales: deben fluir con facilidad, pero manteniendo intacta la anatomía del modelo. Se trataría de biotintas compuestas por fluidos no-newtonianos, cuya viscosidad disminuye cuando se ejerce presión sobre ellos, al alinearse sus cadenas de polímeros. Para entendernos, algo así como ocurre con el kétchup que en reposo es espeso, pero aplicando presión sobre el envase su viscosidad cae drásticamente fluyendo con facilidad. Esta biotinta especial permite que las células vivas no se dañen al estar protegidas del estrés mecánico, mientras en reposo recupera su viscosidad original. Con cualquier biotinta diferente más líquida no podría imprimirse un corazón, pues resultaría un charco inservible de células vivas; por el contrario, si la biotinta es muy espesa las células morirían por falta de oxígeno y nutrientes. En este delicado proceso es imprescindible conseguir el denominado límite elástico (del inglés, yield stress), o sea, la fuerza mínima necesaria para que la biotinta fluya, pero comportándose como un sólido elástico y flexible.

Investigadores de BIOFORGE (Universidad de Valladolid/CIBER-BBN), liderado por J. Carlos Rodríguez Cabello, y CURAM (National University of Ireland, Galway) han desarrollado un hidrogel inyectable basado en un material proteico específico, unos recombinámeros tipo elastina - ELRs (del inglés, elastin-like recombinamers), con capacidad para regenerar el tejido cardiaco dañado tras un infarto de miocardio, así como para prevenir que el corazón sufra un mayor daño post-infarto, que han publicado en Science Translational Medicine.

https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aaz5380

La ingeniosa técnica FRESH consiste en inyectar la biotinta blanda (células madre pluripotentes inducidas), dentro de un hidrogel de soporte termorreversible (colágeno, ácido hialurónico) que actúa como un andamio temporal que mantiene la forma del corazón, donde sus cardiomiocitos sobreviven. Terminada la bioimpresión, se procede a derretir el hidrogel de soporte de manera controlada, elevando la temperatura hasta 37°C, consiguiendo que el corazón impreso permanezca intacto flotando en el hidrogel líquido.

https://uk.sagepub.com/en-gb/journals-permissions

El corazón humano normal es elástico y anisotrópico, o sea, se estira más en una dirección que en otra, debido a la orientación de sus fibras musculares. El reto actual con las biotintas es imitar su misma elasticidad y flexibilidad para que, cuando los cardiomiocitos empiecen a latir en sincronía, el órgano se contraiga y expanda eficazmente sin deformarse.

Entrenamiento en el biorreactor

Una vez completada la bioimpresión, el corazón se introduce en un biorreactor. Este reactor proporciona al órgano un ambiente propicio para la maduración de sus cardiomiocitos (temperatura, pH, oxigenación, etc.). Se trata de una especie de gimnasio celular, ya que las células salen de la impresora inertes y requieren ser entrenadas para cumplir su función contráctil. Los cardiomiocitos deben comenzar a latir de forma sincrónica y con suficiente potencia, por lo que el biorreactor simula las condiciones fisiológicas del cuerpo humano aplicando diversos estímulos eléctricos y mecánicos al corazón, enseñando a sus células a sincronizarse para que se contraigan de forma autónoma.

En la actualidad, diversas instituciones de vanguardia, como el Wake Forest Institute de Medicina Regenerativa (Winston-Salem, EE.UU.) y varios consorcios internacionales centran sus esfuerzos en lograr que los miles de millones de cardiomiocitos impresos maduren y se contraigan de forma sincronizada para generar un bombeo de sangre autónomo y eficaz.

Recientemente, la Universidad de Montreal (Canadá) ha desarrollado un procedimiento de bioimpresión con la incorporación en el tejido cardíaco de unos microsensores ópticos y mecánicos, técnica que denominan ?corazones en un chip? (del inglés, hearts-on-a-chip). Este método se ha diseñado con el objetivo de permitir, a tiempo real, la medición precisa de la fuerza contráctil, así como el comportamiento del corazón ante nuevos fármacos.

https://doi.org/10.1038/s41598-024-68275-0

Cuando el corazón creado por una impresora cumpla su importante misión en el interior de un paciente, no sólo dispondremos de un órgano de repuesto maravilloso, constituirá el logro más trascendental de la Medicina al redefinir el concepto de obsolescencia biológica humana.

Si pretendes todo un corazón, darás toda tu vida

Friedrich Rüskert, poeta alemán del siglo XIX