Ingeniería de tejidos para fortalecer corazones con malformaciones

ROCHESTER, Minnesota — ¿Acaso sería posible extraer células de una pequeña porción de piel y transformarlas en tejido muscular para reparar un defecto cardíaco congénito? Esta es una pregunta científica que el Dr. Timothy Nelson, y sus colaboradores esperan responder para ayudar a quienes nazcan con una cavidad malformada en el hemisferio izquierdo del corazón, una afección compleja e infrecuente conocida como síndrome del corazón izquierdo hipoplásico (HLHS, por sus siglas en inglés).  

El descubrimiento de la primera terapia a base de células para reconstruir el tejido cardíaco ha sido una investigación apasionada durante una década para el Dr. Nelson, que se desempeña como director del Todd and Karen Wanek Family Program for Hypoplastic Left Heart Syndrome (Programa familiar de Todd y Karen Wanek para el síndrome del corazón izquierdo hipoplásico) en Mayo Clinic. 

“El problema es que la mayoría de los pacientes con ventrículo único complejo que nacen con defectos cardíacos congénitos, como el HLHS, van a terminar desarrollando una insuficiencia cardíaca. Desafortunadamente, el trasplante de corazón no es la mejor solución para estos pacientes, entre los que se incluyen niños con comorbilidades complejas, aun cuando no hubiera una enorme escasez de órganos compatibles”, señala el Dr. Nelson. “La investigación en Mayo Clinic cumple una función importante en el desarrollo de hallazgos innovadores relacionados con las afecciones cardíacas complejas y poco frecuentes a fin de ampliar las opciones”. 

Fortalecimiento del corazón 

Existen aproximadamente 10 000 personas en los EE. UU. que padecen HLHS, una afección que debilita gravemente los músculos cardíacos. La cirugía para recomponer las arterias permite que un ventrículo único bombee sangre a los pulmones y al resto del cuerpo, pero eso solo restaura una parte del aparato circulatorio. Si bien se han logrado avances, pocas personas con HLHS viven más de 30 años. 

“El HLHS es, básicamente, como instalar el motor de tu máquina cortacésped en tu vehículo utilitario deportivo y conducir al trabajo todos los días a más de 100 kilómetros por hora”, comenta el Dr. Nelson. “Nuestras investigaciones apuntan a descubrir si podemos tomar un corazón defectuoso y transformarlo de un motor con 5 caballos de potencia a uno de 50 caballos. Probablemente nunca podamos convertirlo en un motor con 100 caballos de potencia, lo que sería un corazón normal, pero nuestra meta es lograr un corazón más grande y más fuerte”. 

Algunos avances tecnológicos actuales en los estudios clínicos, tales como la sangre del cordón umbilical y la médula ósea, que el Dr. Nelson llama “fertilizantes”, pueden inyectarse en el músculo cardíaco durante cirugías programadas y resultar útiles para preservar y proteger dicho músculo. En última instancia, esto tiene un valor terapéutico limitado una vez que aparece una insuficiencia cardíaca. 

“Las estrategias de aplicación de fertilizantes pueden estimular el corazón para que se desarrolle al máximo de sus posibilidades. La mayoría de las veces no resulta suficiente para alcanzar nuestra meta, porque el fertilizante por sí mismo es incapaz de ayudar a que el corazón crezca hasta desarrollar el tamaño y la capacidad que necesita”, dice el Dr. Nelson. 

En la búsqueda de nuevas opciones, el equipo de investigadores del Dr. Nelson investiga si un elemento cardíaco desarrollado con bioingeniería podría regenerar los tejidos cardíacos propios del paciente y reparar el sector malformado del corazón, es decir, regenerar los músculos de ese órgano. 

De porción de piel a célula cardíaca 

La investigación sobre la regeneración de tejido cardíaco se inicia con una biopsia de la piel del paciente del tamaño de una goma de borrar. Las células se extraen y se reprograman para que se conviertan en células madres pluripotentes inducidas, lo cual es similar a retroceder en el tiempo a cuando las células comenzaban a formarse en el útero. En esa situación, las células se dividen y son capaces de convertirse en cualquier tipo de células del cuerpo. En este caso, son preparadas para convertirse en células cardíacas, llamadas cardiomiocitos. Se convierten en células del músculo cardíaco que se contraen y palpitan. 

El proceso desde la extracción de la célula hasta la obtención de cientos de millones de células que se deben testear para saber si podrían convertirse en tejido cardíaco nuevo demora nueve meses. 

“Hemos reprogramado estas células en el laboratorio y las hemos analizado con modelos preclínicos múltiples en los cuales hemos observado que se injertan en el músculo cardíaco del receptor, luego crecen, se dividen y se desarrollan”, afirmó el Dr. Nelson. “Ahora estamos interesados en saber si estos cardiomiocitos podrían regenerar tejido cardíaco en los seres humanos”. 

El extenso recorrido por más de una década de la investigación del Dr. Nelson ha llevado al establecimiento de vínculos importantes. La Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos autorizará que el equipo estudie el uso seguro de células cardíacas pluripotentes inducidas con diseño de ingeniería en ensayos de fase 1 en Mayo Clinic en personas adultas con defectos cardíacos congénitos. 

El HLHS Consortium, compuesto por numerosos hospitales especializados en terapia cardiovascular de toda Norteamérica, se fundó en Mayo Clinic y provee un trabajo en equipo con el fin de realizar estudios a gran escala para pacientes con enfermedades cardíacas congénitas complejas. El HLHS Consortium trabaja en forma conjunta para el desarrollo de conocimiento y prácticas científicas de enfermedades cardíacas congénitas poco frecuentes. 

Esta importante tarea de reparar, reemplazar o restaurar células, tejidos u órganos afectados por enfermedades se vincula con la medicina regenerativa. El Mayo Clinic’s Center for Regenerative Biotherapeutics (Centro de bioterapéutica regenerativa de Mayo Clinic) respalda la investigación sobre el HLHS mediante la distribución y la expansión de la red de científicos e investigadores que utilizan estas herramientas en el Regenerative Medicine Biotrust (Banco biológico de medicina regenerativa). 

Este hito en la investigación sobre el HLHS en Mayo Clinic es posible, en parte, gracias a la tarea en colaboración con Mayo Clinic Ventures (Iniciativas de Mayo Clinic) para autorizar el uso de esta tecnología a una organización sin fines de lucro que patrocinará el ensayo clínico. Esta organización sin fines de lucro, llamada HeartWorks, cuenta con 20 personas que han colaborado con el programa de Mayo Clinic destinado al HLHS en el codesarrollo de la tecnología que se evaluará. La investigación cuenta también con el respaldo y la generosidad de la Todd and Karen Wanek Family. 

Dependiendo del resultado del estudio de seguridad de fase 1, la aprobación para el uso de la ingeniería de tejidos cardíacos en la atención médica diaria de enfermedades cardíacas congénitas podría demorar años. 

Investigaciones realizadas por el Dr. Nelson: 

Single-Cell RNA-Sequencing and Optical Electrophysiology of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes Reveal Discordance Between Cardiac Subtype-Associated Gene Expression Patterns and Electrophysiological Phenotypes (La secuenciación de ARN en células únicas y la electrofisiología óptica de cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas revelan discordancias entre los patrones de expresión génica asociados a subtipos cardíacos y los fenotipos electrofisiológicos) 

Stem Cell Therapy and Congenital Heart Disease (Terapia con células madre y enfermedades cardíacas congénitas) 

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