Más de 200 piezas móviles forman el esqueleto humano, una maquinaria de precisión que define la forma de nuestro cuerpo y le aporta la libertad del movimiento. Y todo en apenas un 12 por ciento de nuestra masa corporal. Pero, aunque sus piezas son, casi siempre, autorreparables, algunas condiciones pueden deteriorar los huesos de forma irreversible. Para esos casos, en la Universidad de Málaga se intenta encontrar soluciones mediante la ingeniería tisular.
Leonor Santos-Ruiz / Laboratorio de Bioingeniería y Regeneración Tisular, UMA.
Los huesos sostienen y protegen nuestros órganos, sirven de anclaje a los músculos para que podamos movernos, y almacenan y controlan nuestras reservas de calcio. Normalmente se reparan solos. Basta con inmovilizar la fractura, y en 21 días el hueso está curado. Sin embargo, a veces las cosas se complican. Si una fractura es demasiado extensa, el hueso quedará dañado. También es dañina la edad. Los huesos de los mayores se rompen con más facilidad y les cuesta mucho repararse. Convivir con un hueso dañado significa convivir con el dolor y con la pérdida de parte de nuestra movilidad e independencia. Dado que nuestra sociedad es cada vez más longeva, es prioritario encontrar soluciones para mantener la salud de nuestros huesos.
Una de las posibilidades más atrevidas es crear tejido óseo ex vivo, en el laboratorio, para implantarlo en el paciente y reponer así el tejido dañado. Este es el objeto de la ingeniería tisular, una disciplina que combina elementos biológicos y sintéticos para fabricar en el laboratorio tejido vivo con que reparar los tejidos dañados del paciente.
El grupo LABRET (Laboratorio de Bioingeniería y Regeneración Tisular), liderado por el Catedrático de la UMA José Becerra Ratia, lleva a cabo varios proyectos destinados a la creación de implantes de hueso fabricado por ingeniería tisular. Estos implantes se usarían para curar fracturas complejas, rellenar defectos causados por enfermedad o extracción de tumores, o para mejorar las actuales prótesis articulares.
Todos los tejidos están hechos de tres elementos: las células, las señales químicas que comunican a las células, y la matriz extracelular, o conjunto de moléculas que hay alrededor de las células y que son sintetizadas por ellas mismas. Cada uno de estos elementos es diferente y característico para cada tipo de tejido. Para hacer hueso in vitro, el equipo de investigadores debe encontrar una fuente de células de hueso; debe fabricar moléculas de señalización osteogénica (capaces de inducir la formación de hueso) y debe buscar un material que pueda hacer las veces de matriz ósea.
Disponer de células óseas se ha hecho posible gracias a las famosas células madre. Éstas pueden obtenerse de la grasa o de la médula ósea del paciente, y pueden convertirse en células de hueso con las señales y el entorno adecuados. Tras varios años de investigación en busca de formas eficientes y seguras de utilizar células madre, el grupo LABRET ha patentado un procedimiento de selección y manipulación de estas células para curar hueso.
Junto a las células, son necesarias señales químicas que las comuniquen entre sí. En el hueso existen de forma natural varias moléculas osteogénicas y producirlas en el laboratorio es, en parte, uno de los objetivos los objetivos del grupo LABRET. Tanto es así, que en la actualidad poseen varias patentes que esperan convertirse en medicamentos en un futuro próximo.
Pero las células y las moléculas no bastan para hacer hueso. El tercer componente de los tejidos, la matriz extracelular, es particularmente importante y, hasta la fecha, no ha sido posible fabricarla ni encontrar un material que la sustituya. La matriz ósea es extraordinaria. Es tan fuerte como el hierro forjado, pero pesa tan poco como la madera. En este momento decenas de laboratorios trabajan para conseguir algo que se le parezca y que, además, se pueda implantar en un paciente sin riesgos.
El camino de un material hacia la clínica es largo, y el grupo LABRET lo conoce bien. Implica el trabajo combinado de químicos de materiales, ingenieros biomecánicos, médicos y biólogos. Los químicos se encargan de sintetizarlo. Los ingenieros de evaluar sus propiedades biomecánicas, es decir, de averiguar si el material resistirá las fuerzas que debe resistir un hueso. Biólogos y médicos deben evaluar si el material puede implantarse en el cuerpo sin peligro. Para ello, primero se realizan ensayos celulares in vitro. Cada una de las células que debería de estar en contacto con el material en el cuerpo ha de ser puesta antes en contacto con este en una placa de cultivo celular: células de hueso, células madre, células de vasos sanguíneos, células del sistema inmune… Si el resultado es satisfactorio, los distintos tipos de células se combinan entre sí de forma lógica y se vuelven a cultivar sobre el material, para ver si se relacionan en él como lo harían de forma natural. Solo los materiales que superan estas pruebas pasan a ser evaluados en animales de laboratorio, donde se comprueba si el material se relaciona bien con el tejido óseo (se integra) o si, por el contrario, se enquista. También es necesario comprobar que el material sea irrigado por vasos sanguíneos, pero que no libere ninguna sustancia que pase a la sangre y dañe a otros órganos como el hígado, el bazo o los riñones.
Si todo va bien, los ensayos preclínicos duran entre tres y cuatro años. Es un trabajo arduo y no siempre satisfactorio. No es infrecuente que un prometedor material que ha superado con éxito los ensayos in vitro falle al llegar a los ensayos in vivo. Entonces el material debe volver al laboratorio de química o abandonarse. Desde 2006 el LABRET ha evaluado materiales cerámicos, biovidrios, poliméricos… Uno de ellos se ha patentado y tal vez siga su camino hacia la clínica. Un pequeño éxito en un campo donde aún hay mucho por explorar.
