Descripción general de la ingeniería de tejidos
Aquí es donde la ingeniería de tejidos es útil. Al utilizar biomaterial (materia que interactúa con los sistemas biológicos del cuerpo, como las células y las moléculas activas), se pueden crear tejidos funcionales para ayudar a restaurar, reparar o reemplazar tejidos y órganos humanos dañados..
Una breve historia
La ingeniería de tejidos es un campo relativamente nuevo de la medicina, cuya investigación comienza a partir de los años ochenta. Un bioingeniería y científico estadounidense llamado Yuan-Cheng Fung presentó una propuesta a la National Science Foundation (NSF) para que un centro de investigación se dedique a los tejidos vivos. Fung tomó el concepto de tejido humano y lo expandió para aplicarlo a cualquier organismo vivo entre células y órganos..Sobre la base de esta propuesta, la NSF etiquetó el término "ingeniería de tejidos" en un esfuerzo por formar un nuevo campo de investigación científica. Esto llevó a la formación de la Sociedad de Ingeniería de Tejidos (TES), que más tarde se convirtió en la Sociedad Internacional de Ingeniería de Tejidos y Medicina Regenerativa (TERMIS).
TERMIS promueve tanto la educación como la investigación en el campo de la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. La medicina regenerativa se refiere a un campo más amplio que se centra tanto en la ingeniería tisular como en la capacidad del cuerpo humano para curarse a sí mismo con el fin de restaurar la función normal de los tejidos, órganos y células humanas..
Propósito de la ingeniería de tejidos
La ingeniería de tejidos tiene algunas funciones principales en medicina e investigación: ayuda con la reparación de tejidos u órganos, incluida la reparación de huesos (tejido calcificado), tejido de cartílago, tejido cardíaco, tejido del páncreas y tejido vascular. El campo también lleva a cabo investigaciones sobre el comportamiento de las células madre. Las células madre pueden convertirse en muchos tipos diferentes de células y pueden ayudar a reparar áreas del cuerpo.El campo de la ingeniería de tejidos permite a los investigadores crear modelos para estudiar diversas enfermedades, como el cáncer y las enfermedades cardíacas..
La naturaleza tridimensional de la ingeniería de tejidos permite estudiar la arquitectura de tumores en un entorno más preciso. La ingeniería de tejidos también proporciona un entorno para probar posibles nuevos medicamentos para estas enfermedades.
Cómo funciona
El proceso de ingeniería de tejidos es complicado. Implica la formación de un tejido funcional 3D para ayudar a reparar, reemplazar y regenerar un tejido o un órgano en el cuerpo. Para ello, se combinan células y biomoléculas con andamios..Los andamios son estructuras artificiales o naturales que imitan órganos reales (como el riñón o el hígado). El tejido crece en estos andamios para imitar el proceso biológico o la estructura que necesita ser reemplazada. Cuando se construyen juntos, se diseña tejido nuevo para replicar el estado del tejido viejo cuando no estaba dañado o enfermo.
Andamios, células y biomoléculas
Los andamios, que normalmente son creados por células en el cuerpo, pueden construirse a partir de fuentes tales como proteínas, plásticos hechos por el hombre o de un andamio existente, como uno de un órgano donante. En el caso de un órgano donante, el andamio se combinaría con células del paciente para crear órganos o tejidos personalizables que probablemente sean rechazados por el sistema inmunitario del paciente..Independientemente de cómo se forme, es esta estructura de andamio la que envía mensajes a las células que ayudan a respaldar y optimizar las funciones celulares en el cuerpo..
Elegir las células adecuadas es una parte importante de la ingeniería de tejidos. Hay dos tipos principales de células madre.
Dos tipos principales de células madre
- Células madre embrionarias: se originan a partir de embriones, generalmente en huevos que se han fertilizado in vitro (fuera del cuerpo).
- Células madre adultas: se encuentran dentro del cuerpo entre las células normales; se pueden multiplicar por división celular para reponer las células y el tejido moribundos.
En general, las biomoléculas incluyen cuatro clases principales (aunque también existen clases secundarias): carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Estas biomoléculas ayudan a componer la estructura y función celular. Los carbohidratos ayudan a los órganos como el cerebro y al corazón, así como a los sistemas que funcionan como los sistemas digestivo e inmunológico..
Las proteínas proporcionan anticuerpos contra los gérmenes, así como el apoyo estructural y el movimiento del cuerpo. Los ácidos nucleicos contienen ADN y ARN, que proporcionan información genética a las células..
Uso medico
La ingeniería de tejidos no se usa ampliamente para el cuidado o tratamiento de pacientes. Ha habido algunos casos que han usado ingeniería de tejidos en injertos de piel, reparación de cartílago, arterias pequeñas y vejigas en pacientes. Sin embargo, los órganos más grandes diseñados por tejido, como el corazón, los pulmones y el hígado, aún no se han utilizado en pacientes (aunque se han creado en laboratorios).Aparte del factor de riesgo del uso de ingeniería tisular en pacientes, los procedimientos son extremadamente costosos. Aunque la ingeniería de tejidos es útil cuando se trata de investigaciones médicas, especialmente cuando se prueban nuevas formulaciones de medicamentos..
El uso de tejido vivo y funcional en un entorno fuera del cuerpo ayuda a los investigadores a obtener beneficios en medicina personalizada.
La medicina personalizada ayuda a determinar si algunos medicamentos funcionan mejor para ciertos pacientes en función de su composición genética, además de reducir los costos de desarrollo y pruebas en animales..
Ejemplos de ingeniería de tejidos
Un ejemplo reciente de ingeniería de tejidos realizada por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas incluye la ingeniería de un tejido hepático humano que luego se implanta en un ratón..Dado que el ratón utiliza su propio hígado, el tejido del hígado humano metaboliza los medicamentos, imitando la forma en que los humanos responderían a ciertos medicamentos dentro del ratón. Esto ayuda a los investigadores a ver qué posibles interacciones de medicamentos pueden existir con un determinado medicamento..En un esfuerzo por diseñar tejido con una red integrada, los investigadores están probando una impresora que podría hacer una red de tipo vascular a partir de una solución de azúcar. La solución se formaría y se endurecería en el tejido diseñado hasta que se agregue sangre al proceso, viajando a través de los canales creados por el hombre.
Finalmente, la regeneración de los riñones de un paciente utilizando las propias células del paciente es otro proyecto del Instituto. Los investigadores utilizaron células de los órganos del donante para combinarlas con biomoléculas y un andamio de colágeno (del órgano del donante) para hacer crecer nuevo tejido renal.
Luego, se analizó el funcionamiento de este tejido orgánico (como la absorción de nutrientes y la producción de orina) tanto fuera como dentro de las ratas. El progreso en esta área de la ingeniería de tejidos (que también puede funcionar de manera similar para órganos como el corazón, el hígado y los pulmones) podría ayudar con la escasez de donantes y reducir cualquier enfermedad asociada con la inmunosupresión en pacientes con trasplante de órganos.
Cómo se relaciona con el cáncer
El crecimiento de tumores metastásicos es una de las razones por las que el cáncer es la causa principal de muerte. Antes de la ingeniería de tejidos, los entornos tumorales solo se podían crear fuera del cuerpo en forma 2D. Ahora, los entornos 3D, así como el desarrollo y la utilización de ciertos biomateriales (como el colágeno), permiten a los investigadores observar el entorno de un tumor en el microambiente de ciertas células para ver qué sucede con la enfermedad cuando se alteran ciertas composiciones químicas en las células..De esta manera, la ingeniería de tejidos ayuda a los investigadores a comprender tanto la progresión del cáncer como los efectos de ciertos enfoques terapéuticos en pacientes con el mismo tipo de cáncer..
Si bien se ha avanzado en el estudio del cáncer a través de la ingeniería de tejidos, el crecimiento del tumor a menudo puede causar la formación de nuevos vasos sanguíneos. Esto significa que incluso con los avances que ha hecho la ingeniería de tejidos con la investigación del cáncer, puede haber limitaciones que solo pueden eliminarse implantando el tejido diseñado en un organismo vivo..
Sin embargo, con el cáncer, la ingeniería tisular puede ayudar a establecer cómo se están formando estos tumores, cómo deberían ser las interacciones entre las células normales, y cómo crecen y metastatizan las células cancerosas. Esto ayuda a los investigadores a probar medicamentos que solo afectarán a las células cancerosas, a diferencia de todo el órgano o cuerpo.
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