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miércoles, 23 de marzo de 2011

Brazos y piernas que vuelven a crecer. Un futuro poco probable.


En muchas ocasiones he escrito sobre los últimos modelos de prótesis biónicas para sustituir miembros (brazos y piernas) amputados o malformados. Suelo presentar la biónica como el futuro, pero algunos compañeros me plantean que el futuro, el auténtico progreso, sería que brazos y piernas volvieran a crecer. Esto sería deseable, pero plantea muchos problemas que aún no se han resuelto. Hoy por hoy la posibilidad de que un brazo o una pierna amputados vuelvan a crecer en la propia persona es algo que hay que dejar para la ciencia ficción y para las salamandras. Sí, para las salamandras. Desde pequeño supe que si a una lagartija la molestabas un poco abandonaba su rabo como medida de protección, y que este le volvía a crecer. En el caso de algunas especies sí, los miembros pueden volver a crecer, pero en el ser humano esto no pasa. 

Tras sufrir una amputación de una mano o de un miembro completo una salamandra puede regenerar (WIKI) la extremidad a partir del muñón. Las ranas solo pueden hacerlo mientras son renacuajos. Aún más espectacular es la estrella de mar que regenera su cuerpo entero a partir de una de sus puntas. También algunos cangrejos pueden. Los reptiles tan solo regeneran cola (lagartijas) mandíbula y ojos (lagartija y cocodrilo). Los humanos adultos solo el hígado pero por crecimiento de las partes sanas. Lobezno probablemente podría, pero es un personaje de comic y me han dicho que no es real (buaaa!)

En seres humanos solo el  recién nacido (aveces) puede hacer que vuelva a creer parcialmente un extremo de un dedo, y solo eso. Durante el desarrollo embrionario sí, el feto puede regenerar algunas partes al principio (no sé quien investigó esto, pero se pasó). Las investigaciones más prometedoras han invertido mucho dinero para lograr hacer crecer en adultos el pulpejo de un dedo amputado. No está mal como principio, pero está lejos de la capacidad de la salamandra.

Para lograr que vuelva a crecer un pulpejo de un dedo utilizan una especie de harina de colágeno hecha a partir de vejiga de cerdo. La empresa que la fabrica se llama ACell y uno de los primeros pacientes que la han probado es Lee Spievack, de 69 años, hermano de Alan Spievack, dueño de la compañía y que había perdido el extremo de un dedo con la hélice de un avión de aeromodelismo. El proceso de recrecimiento duró un mes. La historia y las de otros pacientes que siguieron saltaron a la prensa y a los blogs muy rápidamente. Aquí podeís leer más (en inglés).

 
Ejemplo de crecimiento de una extremidad en un anfibio.


¿Podría hacerse algo parecido a lo que le sucede a la salamandra en seres humanos? 
¿Sería ese el final de las prótesis?
En mi opinión sería muy difícil hacer algo así en seres humanos, aunque nada es imposible de cara al futuro tan solo se puede hablar de lo que se está investigando ahora como una posibilidad para el futuro próximo,; el resto es ciencia ficción.  Pese a todo ese no sería el final de las próteis por varios motivos. El primer motivo  y fundamental es el tiempo. La naturaleza tarda nueve meses en hacer unas extremidades que puedan funcionar, y más de 16 años en lograr que crezcan hasta la talla de un adulto. El remedio seria fabuloso para las malformaciones congénitas, pero para los adultos plantearía un largo y serio problema.





 BRAZOS
En el caso de un brazo ¿sería posible que tras 9 meses al menos o tal vez varios años, se pudiera tener un brazo funcional con una pequeña mano? Viendo cómo crece la extremidad en la salamandra lo que tenemos es más que una extremidad infantíl un crecimiento de proximal a distal. Si un pulpejo de un dedo tardó un mes, ¿cuanto tiempo tardaría en crecer una mano completa? ¿Cuanto tiempo tardaría en crecer el brazo lo suficiente para empezar a desarrollar la mano? ¿Utilizaríamos una prótesis durante ese proceso de crecmiento? ¿Cada cuanto tiempo necesitaríamos cambiar el encaje?.

PIERNAS
¿Qué pasaría con las extremidades inferiores? Tal vez la salamandra, cuadrúpedo anfibio pueda nadar y arrastrarse con extremidades de diferentes longitudes, pero en el caso del bípedo sin plumas que es el hombre la situación es bastante peor.

 En el dibujo he puesto una extremidad infantil dibujada por Leonardo Da Vinci sobre su famoso Hombre de Vitruvio. En realidad, com vemos en la salamandra el crecimiento es de proximal a distal: primero crece el muslo, después la rodilla, y poco a poco va alargándose la extremidad hasta que terminan de crecer los dedos.

Una persona que estuviera logrando que su  pierna amputada creciera seguiría necesitando prótesis para poder caminar. La longitud total de la pierna viene determinada por factores genéticos y también por otros ambientales. Los factores genéticos serían los mismos, pero la situación de alimentación, ejercicio y otros del paciente serían distintos por lo que después de mucho esperar la longitud final probablemente sería distinta.Y eso después de mucho esperar. Si el pulpejo del dedo tardó un mes, ¿Cuanto tardaría una pierna completa? ¿Como sería la prótesis y la rehabilitación necesaria durante todo ese proceso?



 
Si ya ha costado aceptar que nuestro cuerpo es solamente materia y que incluso nuestra mente es solo un cerebro orgánico, más costaría admitir que las partes del cuerpo pueden ser sustituidas, si es preciso, con partes de otros cuerpos, o máquinas. Aceptar la transfusión de sangre costó, tambíen el transplante de órganos como pulmón, corazón, riñón e hígado tuvo grandes detractores. Ahora también se plantean resistencias al transplante de cara y transplantes de extremidades.


¿Podría acelerarse el crecimiento para no tener que esperar años?
Ese sería el mayor reto. Incluso en el caso de que fuera posible acelerar el crecimiento eso plantearía problemas.  El principal es que acelerar el crecimiento siempre facilita que las células degeneren en cáncer. Acelerar el crecimiento de un organismo es algo que los veterinarios intentan con animales de granja que comemos, y aún así hay unos tiempos que respetar. Todos hemos oído hablar de los problemas de los animales de granja hormonados. Eso acelera el crecimiento, pero tiene serios problemas de salud. 
En el caso de una sola extremidad, ¿cómo podríamos lograr que los factores hormonales la afectaran solo a ella y no a todo el cuerpo?


Sin embargo el segundo motivo que dificulta que los miembros amputados pudieran algún dia volver a crecer es aún más importante. La causa principal de amputación son los problemas vasculares y el propio muñón, el cuerpo entero, siguen teniendo la enfermedad que causó la amputación. Esto dificultaría el fabuloso, hipotético y futurista remedio de lograr que las extremidades volviveran a crecer. La ingeniería tisular aún tendría serios problemas ya que el crecimiento debería hacerse desde un muñón que no está sano tampoco. Tal vez si tuvieramos la capacidad de la salamandra precisamente las amputaciones por causa vascular no serían tan frecuentes, está claro que el pequeño anfibio se repara mejor aunque no puede protegerse de los mordiscos de la culebra de collar y del erizo (causas de amputación de extremidades en urodelidos salamádridos).



La mejor opción para el futuro será evitar el problema de llegar a la amputación con prevención primaria: evitar el tabaco, controlar mejor la diabetes y cumplir medidas de seguridad víal y laboral. A nivel global también habría que evitar las minas antipersona, enfermedades como la úlcera de Buruli. (¿Cómo?: ni idea).

¿Qué sucede cuando prevenir no es posible?

REGENERACIÓN DE MIEMBROS, SOLO PARA  Y ANFIBIOS Y REPTILES.

Es posible que el desarrollo de la ingeniería tisular pudiera lograr mejores sustitutos biológicos para by-pass (sustitución de vasos sanguíneos), conseguir un pequeño tubo de endotelio y fibra parece posible y se ha ensayado en animales. Hoy en día ya se pueden fabricar vasos sanguíneos artificiales utilizando células cultivadas. Llegar poder utilizarlas sí podria evitar muchas amputaciones. En este caso el tejido que se implantará se hace crecer fuera del cuerpo en un medio de cultivo, y sustituiría a los implantes de vasos artificiales o hechos con venas del propio paciente (la fuente de material es limitada).

 Utilizando cultivos celulares de células con capacidad para diferenciarse del propio paciente pueden lograrse algunos tejidos que después podrían implanterse para sustituir a los dañados. No se trata solo de poner algunas células sueltas en el lugar donde queremos que hagan su trabajo sino de desarrollar fuera del cuerpo un tejido para implantar.


También hay algunos avances en ingeniería tisular de piel, cartílago y hueso. Algunos tejidos simples pueden cultivarse en biorreactores para después implantarse.


 En España, en la Universidad de Granada han desarroollado una piel artificial. También aquí.



¿Habeís leído algo sobre células de piel en Spray para tratamiento de quemaduras de segundo grado? También aquí.
El producto se llama CellSpray y lo desarrolla Avita Medical

Wood, F.M. Clinical Potential of autologous epithelial suspension. Wounds. Jan. 15(1): 16-22, 2003.
¿Piel nueva?

¿Cartílagos y huesos nuevos?




Lograr que el hueso vuelva a crecer podría evitar amputaciones por fracturas con pérdida de sustancia  y malformaciones complejas.



Las palabras clave aquí son:  
1- Ingeniería tisular.

Consiste en desarrollar tejidos fuera del cuerpo humano, sobre un cultivo especial que nutre las células, sobre biomateriales o sobre un órgano descelularizado. Hay diferentes enfoques para lograrlo, que es lo que representa la fotografía de abajo.






2-Células troncales y cultivos celulares (llamadas células madre, pero  prefiero llamarlas troncales porque los troncos lo le importan a nadie y las madres no deja nadie que las mencione por lo que tienen más problemas en prensa y provocan más revuelo éticamente hablando, aunque sean las mismas células).
 Para muchas personas es chocante pensar que las células de nuestro cuerpo pueden seguir viviendo y multiplicándose sobre una placa de plástico cubierta de gelatina y algunos nutrientes. Eso sí, con unas condiciones: lo hacen solo en una capa del grosor de una única célula (excepto las células tumorales que sí forman racimos y conglomerados.
3-Andamiaje tisular, biomateriales, nanobiotecnología... (se utilizan distintos materiales para que las células que queremos hacer que formen un tejido tengan la forma deseada). Es el tejido conectivo que une a unas células con otras y que ellas mismas segregan durante su crecimiento. El más conocido es el colágeno.



Podríamos fabricar huesos utilizando un andamiaje ( por ejemplo de pirofosfato cálcico poroso, de  coral, de hueso esponjoso descelularizado procedente de banco de cadaver...) al que se le añadirían células madre con factores de diferenciación y crecimiento para hueso.  

 Otro ejemplo es utilizar un andamiaje reabsorbible en el que añadir células que se diferenciarán a condrocitos (células de cartílago)




Después de que las células se diferenciasen en el bioreactor o medio de cultivo se implantaría el tejido con la estructura deseada. 

 El resultado es sumamente chocante.

 ¿Es realmente este el principio del futuro de la medicina regenerativa que nos mantendría siempre jóvenes reemplazando tejidos dañados? No lo creo. 

Este chocante y famoso experimento tuvo su repercusión hace un par de años, incluso le hicieron camisetas graciosas.

Se han utilizado tanto materiales orgánicos naturales como inorgánicos como andamiaje tisular. 
4-Factores de diferenciación y factores de crecimiento (son proteínas que sirven como señales para que las células sepan en qué tipo de tejido deben transformarse y que deben crecer y multiplicarse. Descubrirlos supone desvelar los secretos de la genética, la protenómica y la embriología. Algo así como el secreto de la vida misma.
5-Bioreactor, un espacio protejido de bacterias y gérmenes, a la temperatura y otras condiciones adecuadas para que crezca un tejido humano fuera del cuerpo.Para muchos es chocante, pero un órgano cualquiera al que sigamos bombeando sangre oxigenada (mediante un pulmón artificial y un sistema de criculación extracorpórea) puede seguir viviendo durante bastante tiempo mientras que no se infecte.
Sí, también un cerebro o una cabeza. 


Arriba y abajo imagen y portada de la cutre película de serie Z, The Brain That Wouldn´t Die.


Abajo imagen de un experimento real en el que corazón y pulmones de un animal siguen viviendo en un bioreactor gracias a la circulación artificial.







Carnegie Mellon University's










Bone Tissue Engineering Initiative
www.cs.cmu.edu/~tissue/
Algunas imágenes de cómo es un biorreactor. Básicamente es una cocina de órganos y tejidos vivos. 
Un corazón vivo fuera de un cuerpo gracias al soporte artificial de un bioreactor.

 

Por el momento se trata de sustituir piel en personas con quemaduras o de lograr que vuelva a crecer el cartílago en personas con atrosis,  de aportar un material sustitutivo del injerto de hueso de cadaver para usos en traumatología o de intentar lograr cilindros de endotelio que puedan utilizarse para sustituir un vaso sanguíneo o hacer un bypass. En general los intentos son sustituir un tejido simple por un fragmento obtenido mediante cultivo. El tejido nervioso periférico y el propio cerebro serían aún más difíciles de sustituir por tejidos cultivados. 

¿Podría cultivarse un órgano o un miembro completo fuera del cuerpo para después implantarlo?

Por el momento no conozco ningún experimento que trate de hacer crecer piernas y brazos fuera del cuerpo humano.Tampoco se intenta con órganos más sencillos. Al menos no partiendo de cero.


En mi opinión no hay avances suficientes para pensar que en el futuro podamos hacer crecer miembros sin cuerpo para poder trasplantar.

La fecha del envase dice 02-03-2044. ¿Sería posible para entonces tener órganos y miembros para trasplante fabricados de cero en laboratorio? Bueno, tal vez dentro de esos 34 años. Hoy por hoy, no. 


Algo que sí se está empezando a hacer es descelularizar órganos y después, utilizando el andamiaje de tejido conectivo que queda volver a repoblarlo de células extraídas del propio paciente y cultivadas.

 Un fabuloso libro de divultación sobre el tema. Órganos a la carta 
David Bueno i Torrens
Editorial UBe/Omniscellula, Barcelona 2007
ISBN: 978-84-475-3238-4
.




 
Arriba puede verse en blanco un corazón de roedor descelularizado y tras el cultivo. Recientemente se logró que un corazón así tratado volviera a latir.  La ventaja aquí es que se evitaría el rechazo del órgano trasplantado y tener que utilizar inmunosupersores. Además no sería necesario un corazón humano, por ejemplo.Teoricamente se podría descelularizar el corazón de un animal y repoblarlo con células humanas. 



¿Se podría cultivar una mano? No creo que sea posible. Además a la hora de implantarla tendríamos el mismo problema de la reinervación.


El problema para piernas y brazos es que no se recelurarizan tejidos complejos formados por varios tipos de células diferentes (un miembro tiene osteocitos (osteoblastos, osteoclastos), condrocitos, miocitos, adipocitos, queratinocitos, melanocitos, fibroblastos... es decir, hueso, cartílago, músculo, grasa, piel. 
Probablemente esta opción podrá servir para corazones y pulmones, pero es mucho más dificil que sirva para brazos y piernas.  
 Jugando a creador de especies por un buen fin.

Una opción que se ha barajado para conseguir tejidos histocompatibles y evitar el rechazo y los inmunosupresonares necesarios para tolerar un transplante de otra persona, es utilizar órganos de animales transgénicos a los que se modificarían las proteínas que el cuerpo utilizar para identificar a cada célula como propia (una especie de DNI celular que está compuesto por el  sistema HLA y otros, (aunque muchas personas verán más claro y entenderán mejor los grupos sanguíneos).

Arriba reprensentación artística de supuestos híbridos humanos de la inquietente, indescriptible y fabulosa artista Patricia Piccinini (Wikipedia) 



Una vez más sería difícil que animales transgénicos pudieran servir para proporcionar brazos y piernas para trasplantes a humanos. En general los animales tienen pezuñas, zarpas y otras en vez de manos y pies humanos. Utilizar simios tendría bastantes más problemas éticos aún, y conseguir animales transgénicos con apariencia humana sería realmente una pesadilla. Arriba una obra artística que representa un híbrido entre un ser humano y un perro, potencial animal trangénico fuente de órganos para trasplante de una terrorífica distopia científico futurista.

Son cosas que por el momento solo se hacen con pobres animales de experimentación.

Otra obra de Patricia Piccinini. Me gustan, son adorables como serpientes y repulsivos como cachorritos y gatitos. Producen muchas sensaciones contradictorias, ¿Verdad?. En fin, si te gusta este tipo de arte tal vez te interese también Ron Mueck y Sam Jinks.
Otra inquietante obra de Patricia Piccinini.


Hay quienes piensan que los implantes biónicos podrían generar diferencias y crear superhumanos. ¿Qué me dicen de una tecnología de hibridación como la que plantea artísticamente Patricia Piccinini? Acaso el trasplante de miembros de animales y la hibridación con ellos no es aún más aterradora que la unión de un hombre con una máquina?



La cienca ficción ha tenido muchas grandes obras en las que se incluía la generación de seres humanos distintos utilizando para ello la tecnología más novedosa y desconocida de la época. Desde exposiciones a radioactividad, pasando por viajes espaciales y en general todo tipo de oscuros y siniestros laboratorios clandestinos de científicos locos.

 ¿Utilizar embriones clonados desarrollados en un bioreactor  como fuente de repuestos para órganos y miembros? No es aceptable.

 ¿Cuerpos de repuesto y transplante de cerebro? No es posible, no es aceptable. Pero es un fabuloso tema de la ciencia ficción.


Entre los experimentos médicos más locos está el de mantener viva una cabeza o un cerebro con una perfusión sanguínea y pulmón artificiales. Sergei S. Bryukhonenko, un científico soviético de la era de Stalin hizo esto con cabezas de perros en Rusia en 1930. En el mismo instituto de cirugía experimental  el Professor A. A. Vishnevsky hizo la primera operación a corazón abierto en 1957.


Pensarlo y verlo es un poco duro.


Al menos una vez se hizo algo más increíble aún: transplantar una cabeza. El cirujano que hizo esta atrocidad con dos perros se llamabaVladimir Demikhov. Fué un fabuloso cirujano soviético pionero de los transplantes entre 1930 y 1950. Quizá fué uno de los primeros en transplantar un corazón y pulmones y corazón (en animales). Esta experimentación fué util posteriormente, no así el transplante de cabezas. Desde luego no tiene ninguna gracia transplantar una cabeza a otro cuerpo pero sin conseguir controlarlo voluntariamente. En mi opinión es mejor utilizar máquinas de soporte vital (circulación extracorpóreal, pulmón artificial). Dicen que la cabeza de perro mordió a Demikhov, me alegro.







El Dr. Robert White ( Según Wikipedia falleció el pasado año 2010) hizo también transplantes de cabezas de monos replicando el trabajo de Vladimir.
Otros mencionan como primera persona en trasnplantar cabezas al Professor A. G. Konevskiy del departamento de  Operative Surgery and Topographical Anatomy Department  en la Volgograd State Medical University. Konevskiy aún vive y su tesis doctoral “Experimental transplantation of vital organs” de 1960 se convirtió en el primer libro sobre transplantes.  El Dr. Christiaan Barnard, que hizo el primer transplante de corazón en humanos lo consideraba su maestro y le visitó al menos en dos ocasiones en 1960 y 1963.

El problema, incluso aceptando algo así, es que no se puede conectar la voluntad de la cabeza transplantada al cuerpo donante. La cabeza transplantada está en un cuerpo tetrapléjico. ¿Problemas éticos? Todos.




OTRAS OPCIONES:
1- Transplantes de miembros procedentes de cadaver.Tal vez te interese esta entrada sobre ello: El primer transplante de ambas piernas del mundo.


2-Una solucióin mixta biónica-inteniería tisular: recubrir con piel de cultivo prótesis biónicas. Solo es ciencia ficción. No conozco ninguna investigación en esta línea.



En conclusión: al menos para mí la mejora en las prótesis es el futuro próximo de las soluciones para personas con amputaciones. La ingeniería tisular puede aportar algunas soluciones para ciertas patologías, pero por el momento le falta demasiado para desarrollarse. Seguramente lleguemos a ver piel cultivada o en spray para grandes quemados, sustitutos de hueso y tendón. Grasa implantable para rellenar cavidades (y probablemente agrandar pechos). Puede que incluso veamos órganos internos generados con ingeniería tisular. Pero dudo que lleguemos a ver brazos y piernas así, y mucho menos que se consiga que hagamos como la salamandra y regeneremos miembros. Por lo demás, siempre me puedo equivocar, y seguiré al tanto de los últimos adelantos.



Autor: Samuel Franco Domínguez
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