La ingeniería de tejidos cardíacos se ha consolidado como una vía prometedora en el desarrollo de nuevas terapias para enfermedades cardiovasculares. Esta técnica permite fabricar fragmentos de miocardio que podrían implantarse en las zonas dañadas del corazón de un paciente, con el objetivo de restaurar su funcionalidad. En las últimas dos décadas, este campo ha avanzado notablemente, logrando cultivar cardiomiocitos y células endoteliales con éxito. No obstante, el cultivo en placa presenta limitaciones importantes, especialmente en lo que respecta a la complejidad vascular del miocardio. Sin una red microvascular adecuada que proporcione sangre y nutrientes, el tejido no logra madurar, desarrolla fibrosis y finalmente muere.
La bioimpresión 3D ofrece una alternativa más eficaz, ya que permite organizar múltiples capas de células y biomateriales en los tres ejes espaciales, lo que facilita la creación de tejidos más complejos.
En un estudio reciente, el equipo de investigación del programa RegenBell ha conseguido generar mediante bioimpresión 3D un fragmento de tejido de miocardio que, por primera vez, puede crecer, madurar y mantenerse funcional a largo plazo dentro de un organismo hospedador, en este caso, un modelo animal. La primera autora del estudio es Léa Pourchet.
RegenBell forma parte del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), ubicado en Hospitalet de Llobregat, y es una de las instituciones CERCA de la Generalitat de Cataluña.
Hasta el momento, investigaciones similares habían logrado mantener vivo el tejido durante dos semanas, tras las cuales este moría por falta de nutrientes. Gracias a la bioimpresión 3D, los científicos han podido incorporar capas de pequeños vasos sanguíneos que permiten una integración efectiva con el sistema circulatorio del hospedador, asegurando así el flujo sanguíneo en todo el tejido implantado y su supervivencia. “Hemos podido observar y registrar con el microscopio cómo el fragmento de miocardio latía correctamente y cómo se formaban nuevos vasos sanguíneos”, señala Laura Casado, investigadora del RegenBell y coautora del estudio.
Dado el éxito obtenido en modelos animales, los investigadores confían en que este avance pueda convertirse en una terapia viable para pacientes con afecciones cardíacas. “Nuestro objetivo es aplicar este tejido sobre la zona afectada del corazón para que recupere su funcionalidad y vuelva a latir con normalidad”, explica el Dr. Ángel Raya, coordinador del programa RegenBell y coautor del estudio. En cuanto a la aplicación clínica, el Dr. Raya estima que se necesitarán al menos cuatro años más de investigación y colaboración con otros centros para llevar esta terapia al primer paciente. “Solicitamos financiación a través de un proyecto europeo, pero no fue aprobado, así que tendremos que explorar otras alternativas para seguir adelante”, concluye.
La fórmula ideal: biotintas y técnica de bioimpresión
La creación de tejido cardíaco mediante bioimpresión 3D requiere un protocolo preciso. Al igual que en la elaboración de un pastel, es fundamental seleccionar los ingredientes adecuados y aplicar la técnica correcta. En este caso, los ingredientes son los componentes de las biotintas, y la técnica consiste en la disposición de capas que aseguren una estructura sólida y funcional. Los investigadores han identificado una configuración óptima: tres capas de biotinta muscular intercaladas entre dos capas de biotinta vascular, organizadas de forma específica.
El primer paso fue perfeccionar la fórmula base de la biotinta, compuesta por cuatro elementos esenciales: gelatina, fibrinógeno, ácido hialurónico y transglutaminasa microbiana (mTG). La gelatina aporta la consistencia y plasticidad necesarias para la impresión. El fibrinógeno y el ácido hialurónico cumplen funciones similares a las de la matriz extracelular, proporcionando soporte, elasticidad y estructura celular. Por su parte, la mTG es una enzima que facilita la unión entre capas celulares, clave para la estabilidad del tejido una vez implantado.
A partir de esta base, se desarrollan dos tipos de biotinta. La biotinta muscular se complementa con cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas. En cuanto a la biotinta vascular, se elabora con microfragmentos vasculares extraídos del tejido adiposo del propio hospedador mediante liposucción.
RegenBell: medicina regenerativa de vanguardia impulsada por la colaboración
Este avance es fruto de cuatro años de trabajo conjunto entre el grupo de potencia de células madre del programa RegenBell y otros equipos del mismo instituto. Los investigadores destacan la relevancia de la investigación básica, aquella que no busca una aplicación inmediata, pero que resulta esencial para el desarrollo de futuras terapias. Como señala el Dr. Ángel Raya, “sin el conocimiento previo sobre el miocardio y su vascularización, la medicina regenerativa no habría podido aprovechar los avances tecnológicos como la bioimpresión 3D ni orientar sus esfuerzos hacia tratamientos personalizados. Además, estudios como este nos permiten profundizar en la biología del tejido cardíaco”.
En esta investigación, los cardiomiocitos se obtuvieron a partir de células madre pluripotentes inducidas del nodo IDIBELL del Banco Nacional de Líneas Celulares. Para su aplicación clínica, se prevé utilizar células inmunocompatibles, lo que permitiría evitar el rechazo inmunológico. En esa línea, el grupo de terapia con células madre pluripotenciales del IDIBELL lidera el proyecto europeo HAPLO-iPS, que busca establecer un banco de células madre pluripotentes inducidas compatibles con una amplia parte de la población, con múltiples aplicaciones biomédicas.
El estudio, titulado “3D bioprinting of human iPSC-derived cardiac constructs with microvascular network support for improved graft survival in vivo”, ha sido publicado en la revista científica Biofabrication. (Fuente: IDIBELL)