José Becerra Ratia
Academia Malagueña de Ciencias
La alta eficiencia médico-quirúrgica alcanzada en los trasplantes de órganos y la ampliación de objetivos clínicos justifican la necesidad de encontrar alternativas al sistema donación/trasplante. Los xenotrasplantes pueden encabezar la lista, pero también otras tecnologías basadas en medicina regenerativa, ingeniería de tejidos y biofabricación podrán ayudar a conseguirlo.
Según la Organización Nacional de Trasplantes (ONT), en el año 2024 se realizaron en España 6.466 trasplantes, si bien las personas que donaron sus órganos al morir fueron solo 2.562, lo que habla de la eficiencia en el proceso de donación/trasplantes que incluye el proceso administrativo y la mejora de la tecnología médico/quirúrgica. Todo ello ha hecho que España sea líder mundial en trasplantes, muy por delante de otros países que ocupan mejores posiciones que el nuestro en otros muchos índices de desarrollo.
No obstante, estas cifras, que suponen un nuevo record, la lista de espera sigue siendo la pesadilla del sistema y el estímulo para que la búsqueda de alternativas al sistema clásico de donación sea incesante desde hace ya muchos años, quizás demasiados, para la perentoriedad de la lista de aspirantes a tener una esperanza de seguir viviendo.
De ahí que la nueva frontera científica en este campo sea la consecución de órganos, si no artificiales, sí con una tasa tal de desarrollo tecnológico tras de sí que muy bien pudiera decirse que, a veces, se alejan de la naturalidad. Bien es cierto que una de las vías de mejora de las que siempre se ha hablado como la que puede llegar a la clínica con éxito más rápidamente, el xenotrasplante -el trasplante de órganos desde un organismo no vinculado genéticamente al receptor-, ha encontrado en los últimos tiempos un impulso especial debido, por una parte, a la posibilidad de la modificación genética del animal donante (casi siempre el cerdo por sus características y tamaño) que la tecnología de edición génica (CRISPR) ha hecho mucho más asequible, y por otra, a desarrollos más complejos, pero también posibles, como es el llamado quimerismo interespecífico.
En el xenotrasplante, lo primero y esencial es el desarrollo de cerdos transgénicos en los que se busca que los animales incorporen genes humanos relacionados con la aceptación inmune, así como la eliminación, o el bloqueo, de genes del cerdo que tienen que ver con la provocación del rechazo inmunológico. La gama de posibilidades no es única y en estos momentos ya existen empresas especializadas en estos desarrollos, principalmente en Estados Unidos y en China, ninguna en Europa, que tratan de controlar los ensayos clínicos que se llevan a cabo en el mundo, principalmente ligados a corazón, hígado, pulmón y riñón. Puede entenderse que las modificaciones genéticas de estos animales, siendo importantes para controlar el rechazo, no abarcan, ni mucho menos, a todas las proteínas del órgano (principales inmunógenos), por lo que, además, estos trasplantes deben estar asociados a intensos programas de inmunosupresión farmacológica en el paciente trasplantado, lo que complica el pronóstico. En estos casos, y en estos momentos, los ensayos clínicos con humanos que son autorizados suelen usar pacientes que se encuentran en muerte cerebral sin posibilidades de supervivencia, con el consentimiento de sus familias, en los que se puede monitorizar el trasplante cuidando todos los detalles, incluido el análisis pormenorizado posterior del órgano trasplantado y de los órganos del paciente, tras su inevitable muerte. Obviamente, en este asunto, estamos en una fase en la que es más importante saber que curar.
El quimerismo biológico es una situación en la que un organismo puede tener células o tejidos de más de una especie. Este hecho, que puede ser natural ha dado lugar a una vieja tecnología científica a través de la cual se han realizado importantes estudios sobre el desarrollo de los organismos. Con este cuerpo doctrinal como referencia, cuando en los primeros años de este siglo se descubrió la posibilidad de inducir en el laboratorio, a partir de una célula de un individuo adulto, la formación de células humanas pluripotentes, es decir, con cualidades de embrionarias, y, por tanto, con capacidad para dar lugar a cualquier tipo celular de los 200 tipos diferentes que componen un organismo humano, se abrió un mundo de posibilidades tan grande que 20 años después solo se ha empezado a vislumbrar. Este descubrimiento que mereció el premio Nobel de Medicina a su descubridor (Yamanaka, 2012) dio lugar a las llamadas células madre de pluripotencia inducida (células iPS, de sus siglas en inglés).
Con estas premisas, podemos imaginar un experimento como el que sigue. Si se toma un embrión de cerdo, y en los primeros días del desarrollo (estadio de blastocisto, con pocos centenares de células) se le inyectan unas decenas de células iPS humanas, que se integran en el embrión, el mismo podría desarrollarse como una quimera cerdo/humano. Además, si el embrión de cerdo se hace deficiente (knockout) en un gen conocido que afecta al desarrollo del páncreas, y que, por tanto, daría lugar a un cerdo sin páncreas (no viable), la quimera conseguida en el experimento, si tuviese páncreas, éste procedería de las células iPS humanas incorporadas, lo que se llama un órgano “humanizado”. En una situación ideal, ese páncreas podría estar listo para ser trasplantado al humano del que se obtuvieron las células iPS, sin que se produjera rechazo inmunológico alguno. Experimentalmente, esto es posible.
Obviamente, para llegar a poner en práctica un procedimiento como este y aproximarse a la aplicación clínica, se necesita mucho trabajo previo y permisos, que incluso, en algún caso, podrían no ser fáciles de conseguir. En los últimos 10 años se han publicado algunos resultados, pero, a juzgar por la evolución de los mismos, parece que los problemas no son pocos. Pionero en este campo ha sido un equipo liderado por el español Juan Carlos Izpisua-Belmonte que implicó a varios laboratorios internacionales, incluido uno español de la Universidad Católica de Murcia que aportó las facilidades de experimentación con cerdos, publicando un excelente trabajo en la revista Cell (2017), en el que se abrió el camino mostrando diferencias sustanciales según las especies que se traten de quimerizar, y profundizando en los mecanismos biológicos implicados. Rata y ratón quimerizan bien, rata no lo hace con cerdo y embriones de cerdo con células iPS humanas quimerizan en una proporción limitada, lo que habla, entre otras, de la importancia de la separación evolutiva de las especies implicadas. En 2021, el mismo equipo, también en Cell, publicaron los resultados para el desarrollo ex vivo de embriones de mono, inyectados con células iPS humanas, contribuyendo a un mejor conocimiento básico de los problemas del desarrollo embrionario y la quimerización entre especies en relación a su proximidad evolutiva. En resumen, sigue siendo un desafío importante generar, eficientemente, células, tejidos u órganos humanos a través de las quimeras interespecies.
Hay otras líneas de investigación abiertas, buscando la misma finalidad, algunas de las cuales pueden incluirse bajo el concepto de biofabricación, es decir la ingenierización biológica ex vivo para la consecución de órganos, tejidos o estructuras funcionales implantables. Citaré brevemente tres de esos procedimientos.
Descelularización-recelularización de órganos. Consiste en la eliminación de células de un órgano por medios físico-químicos controlados. Puede tomarse, por ejemplo, un riñón de cerdo y, perfundiendo controladamente a través del árbol vascular del órgano enzimas proteolíticos o mezclas detergentes, se elimina el componente celular (descelularización) y con él la mayor parte de las proteínas propias, dejando a salvo los elementos estructurales que son los que configuran y mantienen la forma y estructura del órgano (matriz extracelular, colágeno, elastina, etc.). Estas proteínas estructurales extracelulares son muy poco inmunogénicas, dada su conservación a lo largo de la escala evolutiva animal. Una vez “limpio” el órgano se procede a introducir, por la misma vía, diferentes células madre o progenitoras humanas (recelularización), según el caso, que colonizan el órgano, anidan en los nichos celulares dónde antes estaban las propias células, y pueden diferenciarse en los distintos tipos celulares, llegando a constituir un órgano funcional que podría implantarse en el humano que hubiese aportado las células infundidas. El grado de desarrollo de estos procedimientos es variado siendo más fácil, por ejemplo, recelularizar una vejiga urinaria o un trozo de hueso, que un hígado o un riñón.
Otros desarrollos comprenden el uso de la tecnología de impresión 3D para fabricar órganos, usando la variedad de polímeros naturales o artificiales que la industria de los biomateriales provee (scaffold), en todo caso, biocompatibles, para construir el órgano con cualquier estructura, que la tomografía axial computariza (TAC) transforma en un archivo digital, que a través de los programas de diseño asistido por ordenador (CAD) generan un archivo STL (estereolitografía) que la impresora 3D interpreta fielmente. Normalmente el “sembrado” de las células se realiza a la vez que los polímeros (biotintas) van siendo depositados capa a capa, reproduciendo la estructura que dicta el fichero informático elaborado al efecto. También en este caso, la complejidad del órgano es determinante para el resultado final, habiéndose conseguido resultados aplicables para vejiga, uréter, tráquea, piel, etc.
Por último, citaré la tecnología denominada Organ on a chip, basada en dispositivos de plástico que contienen cámaras microfluídicas, construidas como circuitos integrados (chip), donde se realizan cultivos celulares tridimensionales que simulan el microambiente y los aspectos funcionales clave de los órganos vivos, en una escala microscópica. En ellos se pueden controlar morfologías, movimientos, flujos, estímulos eléctricos, mecánicos y gradientes de líquidos (figura adjunta). Estos sistemas, si bien no son fáciles de trasladar a la clínica, sí están aportando información extraordinaria para estudiar pormenorizadamente situaciones patológicas concretas y desarrollar nuevos medicamentos en sistemas miniaturizados y, por tanto, a costes bajos. Es una combinación de biología celular, física microfluídica e ingeniería, objetivo importante de la investigación biomédica actual.
Vale aquí, para terminar esta apresurada revisión, una famosa frase que popularizó una campaña publicitaria de una marca deportiva a principio de este siglo que decía, “nada es imposible”, que puede completarse con otra no menos conocida, “lo imposible solo tarda un poco más”. Parecería pues razonable pensar, que la larga espera de los trasplantes de órganos está más próxima a recibir una ayuda extra del moderno desarrollo científico, del control y la manipulación de los genes por una parte y de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos, por la otra. Todas deberán salvar todavía innumerables dificultades, entre las que son de orden ético serán una parte importante. No obstante, este observador cree que el xenotrasplante es el campo que ofrece más garantías de llegada a la clínica en menos tiempo. Y esto por dos razones, en primer lugar porque tiene un soporte científico razonable (edición génica del animal donante y desarrollo farmacológico inmunosupresor) y en segundo lugar porque ya está en manos de la inversión en el sector de la empresa biofarmacéutica. Los demás están todavía en la vía de la experimentación, aportando mucho capital científico, pero más lejos de la aplicación.
*José Becerra Ratia es Catedrático de Biología Celular y Profesor Emérito de la UMA y Académico de número de la AMC.