En la segunda planta del Instituto de Medicina Regenerativa de Wake Forest, no lejos del banco de ascensores, hay una colección de grabados descoloridos que representan grandes momentos de la historia de la medicina. En uno de ellos, un antiguo farmacéutico babilónico sostiene en alto un frasco de medicamentos. Otro muestra al médico griego Hipócrates atendiendo a un paciente en el siglo V a.C. Los grabados fueron distribuidos a los médicos hace medio siglo por la empresa farmacéutica Parke-Davis, que los promocionó como un carrete histórico. Pero no es difícil leer su presencia en Wake Forest, sede de la que quizá sea la mayor concentración de futuristas médicos del planeta, como el último chiste: ¿Puedes creer lo lejos que hemos llegado?
De esta historia
Cuando visité el instituto, en la antigua ciudad tabacalera de Winston-Salem, en Carolina del Norte, pasé por unos espaciosos laboratorios en los que empleados con batas blancas se deslizaban de un lado a otro por el suelo de baldosas. En una mesa, dispuesta como si se tratara de una exposición de arte, había moldes de venas renales en forma de araña, en tonos violeta, índigo y algodón de azúcar. Al final del pasillo, una máquina aplicaba corrientes eléctricas esporádicas a dos conjuntos de tendones musculares, uno cortado de una rata y el otro creado a partir de biomateriales y células.
Un investigador llamado Young-Joon Seol me recibió en la puerta de una sala marcada como «Bioimpresión». Young-Joon, de pelo despeinado y con gafas de montura de plástico, creció en Corea del Sur y se formó en ingeniería mecánica en una universidad de Pohang. En Wake Forest, forma parte de un grupo que trabaja con las bioimpresoras del laboratorio, potentes máquinas que funcionan de forma muy parecida a las impresoras 3D estándar: Se escanea o diseña un objeto mediante un software de modelado. Esos datos se envían a la impresora, que utiliza jeringuillas para aplicar sucesivas capas de materia hasta que surge un objeto tridimensional. Las impresoras 3D tradicionales suelen trabajar con plásticos o cera. «Lo que es diferente aquí», dijo Young-Joon, metiendo sus gafas en la nariz, «es que tenemos la capacidad de imprimir algo que está vivo»
Señaló la máquina a su derecha. Tenía un parecido pasajero con uno de esos juegos de garras que se encuentran en las áreas de descanso de las autopistas. El armazón era de metal pesado, las paredes transparentes. En su interior había seis jeringuillas dispuestas en fila. Una contenía un plástico biocompatible que, una vez impreso, formaría la estructura de un andamio -el esqueleto, esencialmente- de un órgano o parte del cuerpo humano impreso. Los otros podían rellenarse con un gel que contenía células humanas o proteínas para promover su crecimiento.
As the scaffold is being printed, cells from an intended patient are printed onto, and into, the scaffold; the structure is placed in an incubator; the cells multiply; and in principle the object is implanted onto, or into, the patient. In time, the object becomes as much a part of the patient’s body as the organs he was born with. «Esa es la esperanza», dijo Young-Joon.
Young-Joon había programado una de las impresoras para iniciar el proceso de creación del andamio de una oreja humana, y la sala se llenó de un reconfortante murmullo electrónico sólo roto por el jadeo ocasional de la impresora: la liberación del aire comprimido que la mantenía en funcionamiento. Mirando a través de la vitrina, pude ver cómo el andamio se iba formando poco a poco: pequeño, delicado, extremadamente parecido a una oreja. Como el proceso tardaría horas en completarse, Young-Joon me entregó una versión acabada para que la manipulara. Era ligera; se apoyaba en mi palma como una mariposa.
La estructura externa de la oreja es una de las primeras estructuras que el instituto de Wake Forest (y otros centros de investigación) han tratado de dominar, como paso previo a otras más complicadas. El personal de Wake Forest ha implantado piel, orejas, huesos y músculos bioimpresos en animales de laboratorio, donde crecieron con éxito en el tejido circundante.
Para los evangelistas de la bioimpresión, que cada vez son más -se espera que el número de impresoras 3D enviadas a los centros médicos se duplique en los próximos cinco años-, los ensayos son un presagio de un mundo que sólo ahora está saliendo a la luz: un mundo en el que los pacientes piden piezas de repuesto para su cuerpo de la misma manera que solían pedir un carburador de repuesto para su Chevy.
«Piense en ello como en el modelo Dell», dijo Anthony Atala, urólogo pediátrico y director del instituto, refiriéndose al famoso modelo de relación «directa» de la empresa informática entre el consumidor y el fabricante. Estábamos sentados en el despacho de Atala, en la cuarta planta del centro de investigación. «Tienes empresas que existen para procesar células, crear construcciones, tejidos. El cirujano puede tomar un TAC y una muestra de tejido y enviarla a esa empresa», dijo. Una semana más tarde, el órgano llegaría en un contenedor estéril a través de FedEx, listo para ser implantado. Presto, cambio: Un nuevo trozo de mí, de ti, hecho a medida.
«Lo interesante es que no hay verdaderos retos quirúrgicos», dijo Atala. «Sólo existen los obstáculos tecnológicos que hay que superar para asegurarse de que el tejido diseñado funciona correctamente en primer lugar».
Nos estamos acercando, con órganos «simples» como la piel, el oído externo, la tráquea en forma de tubo. Al mismo tiempo, Atala no puede evitar mirar hacia lo que podría venir después. En su versión más optimista, le gusta imaginar una amplia industria de bioimpresión capaz de producir órganos grandes y complejos sin los cuales el cuerpo fallaría, como el hígado o el riñón. Una industria que podría hacer que los trasplantes tradicionales -con sus largos y a menudo fatales tiempos de espera y el siempre presente riesgo de rechazo del órgano- quedaran completamente obsoletos.
Sería una revolución médica en toda regla. Lo cambiaría todo. Y si tiene razón, Wake Forest, con sus ronroneantes bioimpresoras y sus carnosas orejas y sus venas y arterias multicolores, podría ser el lugar donde todo comience.
La idea de que un trozo roto de nosotros mismos pueda ser sustituido por un trozo sano, o un trozo de otra persona, se remonta a siglos atrás. Cosme y Damián, santos patronos de los cirujanos, supuestamente fijaron la pierna de un moro etíope recién fallecido a un romano blanco en el siglo III d.C., un tema representado por numerosos artistas del Renacimiento. En el siglo XX, la medicina empezó por fin a ponerse al día con la imaginación. En 1905, el oftalmólogo Eduard Zirm cortó con éxito una córnea de un niño herido de 11 años y la introdujo en el cuerpo de un campesino checo de 45 años cuyos ojos se habían dañado mientras apagaba la cal. Una década más tarde, Sir Harold Gillies, a veces llamado padre fundador de la cirugía plástica, realizó injertos de piel en soldados británicos durante la Primera Guerra Mundial.
Pero el primer trasplante con éxito de un órgano principal -un órgano vital para la función humana- no se produjo hasta 1954, cuando Ronald Herrick, un joven de 23 años de Massachusetts, donó uno de sus riñones sanos a su hermano gemelo, Richard, que sufría nefritis crónica. Como los gemelos Herrick compartían el mismo ADN, Joseph Murray, cirujano del Hospital Peter Bent Brigham (hoy conocido como Brigham and Women’s), estaba convencido de haber encontrado una solución al problema del rechazo de órganos.
En su autobiografía, Surgery of the Soul, Murray recordó el momento del triunfo. «Hubo un silencio colectivo en el quirófano cuando retiramos suavemente las pinzas de los vasos recién unidos al riñón del donante. A medida que se restablecía el flujo sanguíneo, el nuevo riñón de Richard empezó a hincharse y a volverse rosa», escribió. «Había sonrisas por todas partes». Con los Herricks, Murray había demostrado un punto esencial sobre nuestra miopía biológica, una idea que impulsa gran parte de la bioingeniería de vanguardia actual: No hay nada que sustituya el uso del material genético del propio paciente.
A medida que la ciencia quirúrgica mejoraba junto con los tratamientos inmunosupresores que permitían a los pacientes aceptar órganos extraños, lo que antes parecía casi inalcanzable se hizo realidad. El primer trasplante de páncreas se realizó con éxito en 1966 y los primeros trasplantes de corazón e hígado en 1967. En 1984, el Congreso aprobó la Ley Nacional de Trasplantes de Órganos, que creaba un registro nacional de compatibilidad de órganos y trataba de garantizar una distribución justa de los órganos de los donantes. En los hospitales de todo el país, los médicos daban la noticia con la mayor delicadeza posible -la oferta no satisface la demanda, tendrá que aguantar- y, en muchos casos, veían cómo los pacientes morían esperando que sus nombres se colocaran en los primeros puestos de la lista. Este problema básico no ha desaparecido. Según el Departamento de Salud de EE.UU. & Servicios Humanos, sólo en este país mueren 21 personas al día esperando un órgano. «Para mí, la demanda no era algo abstracto», me dijo Atala recientemente. «Era muy real, era desgarrador, y me impulsó. Nos impulsó a todos a encontrar nuevas soluciones».
Atala, de 57 años, es delgado y ligeramente encorvado, con una melena castaña y una afabilidad fácil: anima a todos a llamarle Tony. Nacido en Perú y criado en Florida, Atala se doctoró y se especializó en urología en la Universidad de Louisville. En 1990, obtuvo una beca de dos años en la Facultad de Medicina de Harvard (en la actualidad, en Wake Forest, sigue bloqueando al menos un día a la semana para ver a los pacientes). En Harvard se unió a una nueva ola de jóvenes científicos que creían que una solución a la escasez de donantes de órganos podría ser la creación, en un laboratorio, de piezas de repuesto.
Entre sus primeros grandes proyectos estaba el de intentar cultivar una vejiga humana -un órgano relativamente grande, pero hueco, bastante simple en su función-. Utilizó una aguja de sutura para coser a mano un andamio biodegradable. Más tarde, tomó células uroteliales de la vejiga y el tracto urinario de un posible paciente, las multiplicó en el laboratorio y las aplicó a la estructura. «Fue como hornear un pastel de capas», me dijo Atala. «Lo hicimos capa a capa. Y una vez que teníamos todas las células sembradas, las poníamos en una incubadora y las dejábamos cocer». Al cabo de unas semanas, lo que surgió fue un pequeño orbe blanco, de aspecto no tan diferente al real.
Entre 1999 y 2001, tras una serie de pruebas en perros, se trasplantaron vejigas cultivadas a medida a siete jóvenes pacientes que sufrían espina bífida, un trastorno debilitante que hacía que sus vejigas fallaran. En 2006, en un artículo publicado en la revista The Lancet, Atala anunció que, siete años después, las vejigas de bioingeniería funcionaban extraordinariamente bien. Era la primera vez que se trasplantaban con éxito en humanos órganos cultivados en laboratorio. «Este es un pequeño paso en nuestra capacidad de avanzar en la sustitución de tejidos y órganos dañados», dijo Atala en un comunicado de prensa en aquel momento, haciéndose eco de las palabras de Neil Armstrong. Era un ejemplo representativo de uno de los principales dones de Atala. Como me dijo David Scadden, director del Centro de Medicina Regenerativa del Hospital General de Massachusetts y codirector del Instituto de Células Madre de Harvard, Atala «siempre ha sido un visionario. Siempre ha sido bastante audaz, y bastante eficaz en su capacidad de llamar la atención sobre la ciencia»
Las vejigas fueron un hito importante, pero no ocuparon un lugar particularmente alto en términos de demanda de los pacientes. Además, el proceso de aprobación en varias fases que exige la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos para este tipo de procedimientos puede llevar tiempo. En la actualidad, las vejigas diseñadas por Atala aún no han recibido la aprobación para su uso generalizado. «Cuando se piensa en medicina regenerativa, hay que pensar no sólo en lo que es posible, sino en lo que se necesita», me dijo Atala. «Tienes que pensar: ‘Sólo tengo este tiempo, así que ¿qué va a tener el mayor impacto posible en el mayor número de vidas?»
Para Atala, la respuesta era sencilla. Aproximadamente ocho de cada diez pacientes en lista de trasplante necesitan un riñón. Según una estimación reciente, esperan una media de cuatro años y medio por un donante, a menudo con mucho dolor. Si Atala quería realmente resolver la crisis de escasez de órganos, no había forma de evitarlo: Tendría que ocuparse del riñón.
Desde sus orígenes a principios de la década de 1980, cuando se consideraba en gran medida una herramienta industrial para la construcción de prototipos, la impresión 3D ha crecido hasta convertirse en una industria multimillonaria, con una gama cada vez más amplia de aplicaciones potenciales, desde zapatos de diseño hasta coronas dentales o pistolas de plástico caseras. (Hoy en día, se puede entrar en una tienda de electrónica y comprar una impresora 3D portátil por menos de 500 dólares). El primer investigador médico que dio el salto a la materia viva fue Thomas Boland que, siendo profesor de bioingeniería en la Universidad de Clemson, en Carolina del Sur, solicitó en 2003 la patente de una impresora de chorro de tinta personalizada capaz de imprimir células humanas en una mezcla de gel. Pronto, investigadores como Atala empezaron a trabajar con sus propias versiones de la máquina.
Para Atala, la promesa de la bioimpresión tenía que ver con la escala. Aunque había conseguido cultivar un órgano en un laboratorio y trasplantarlo a un ser humano, el proceso requería mucho tiempo, faltaba precisión, la reproducibilidad era escasa y la posibilidad de error humano era omnipresente.
En Wake Forest, donde Atala se convirtió en el director fundador del instituto en 2004, empezó a experimentar con la impresión de piel, hueso, músculo, cartílago y, no menos importante, estructuras renales. Al cabo de unos años estaba lo suficientemente seguro de sus progresos como para mostrarlos. En 2011, Atala dio una charla TED sobre el futuro de los órganos de bioingeniería que desde entonces ha sido vista más de dos millones de veces. Ataviado con unos caquis plisados y una elegante camisa abotonada a rayas, habló de la «gran crisis sanitaria» que supone la escasez de órganos, resultado en parte de nuestra mayor esperanza de vida. Describió los retos médicos que la innovación y el trabajo tenaz de los laboratorios han superado con creces: idear los mejores biomateriales para su uso en andamios, aprender a cultivar células específicas de órganos fuera del cuerpo humano y mantenerlas vivas. (Algunas células, explicó, como las del páncreas y el hígado, siguen siendo obstinadamente difíciles de cultivar.)
Y habló de la bioimpresión, mostrando un vídeo de algunas de sus impresoras trabajando en el laboratorio y revelando luego una impresora detrás de él en el escenario, ocupada en la construcción de un objeto esférico rosado. Hacia el final de su charla, uno de sus colegas salió con un gran vaso de precipitados lleno de un líquido rosado.
Mientras el público se sentaba en silencio, Atala metió la mano en el vaso de precipitados y sacó lo que parecía ser un frijol viscoso y de gran tamaño. En un alarde de maestría, sostuvo el objeto en sus manos. «Pueden ver el riñón tal y como se imprimió hoy», dijo. El público rompió en un aplauso espontáneo. Al día siguiente, la agencia France-Presse publicó un artículo muy difundido en el que afirmaba que Atala había imprimido un «riñón real» en una máquina que «elimina la necesidad de donantes en los trasplantes de órganos».
El futuro estaba llegando.
Y luego no fue así.
En realidad, lo que Atala tenía en el escenario no era un riñón humano en funcionamiento. Era inerte, un modelo extremadamente detallado, una muestra de lo que esperaba y pensaba que la bioimpresión traería algún día. Si se observa la presentación con atención, se puede ver que Atala nunca prometió que lo que sostenía era un órgano en funcionamiento. Aun así, los críticos se abalanzaron sobre lo que consideraron un ejercicio de efectos especiales de alto nivel.
El año pasado, Jennifer Lewis, científica de materiales de Harvard y una de las principales investigadoras en bioimpresión (su especialidad es la ingeniería de tejidos vascularizados) pareció criticar a Atala en una entrevista con el New Yorker. «Me pareció engañoso», dijo, refiriéndose a la charla TED. «No queremos dar a la gente falsas expectativas, y da mala fama al campo».
Después de la charla TED, Wake Forest emitió un comunicado de prensa en el que subrayaba que pasaría mucho tiempo antes de que un riñón bioimpreso pudiera salir al mercado. Cuando le pregunté a Atala si había aprendido algo de la controversia, se negó a comentarla directamente, señalando en cambio por qué no le gusta poner un sello de tiempo a ningún proyecto en particular. «No queremos dar falsas esperanzas a los pacientes», me dijo.
La polémica ilustra perfectamente uno de los principales retos a los que se enfrentan los investigadores en el campo de la medicina regenerativa: Hay que avivar el entusiasmo por lo que es posible, porque el entusiasmo puede traducirse en prensa, financiación y recursos. Uno quiere inspirar a la gente que le rodea y a la próxima generación de científicos. Pero no quiere tergiversar lo que está al alcance de la mano.
Y cuando se trata de órganos grandes y complicados, el campo todavía tiene un camino por recorrer. Si nos sentamos con un lápiz y un trozo de papel, difícilmente podremos soñar con algo más complejo desde el punto de vista arquitectónico o funcional que el riñón humano. El interior de este órgano del tamaño de un puño está formado por tejidos sólidos atravesados por un intrincado sistema de autopistas de vasos sanguíneos, que miden tan sólo 0,010 milímetros de diámetro, y aproximadamente un millón de diminutos filtros conocidos como nefronas, que devuelven los fluidos saludables al torrente sanguíneo y los residuos a la vejiga en forma de orina. Para bioimprimir un riñón, habría que ser capaz de cultivar e introducir no sólo células renales y nefronas que funcionen, sino también dominar la forma de poblar el órgano con una vasculatura para mantenerlo alimentado con la sangre y los nutrientes que necesita. Y habría que construirlo todo desde dentro.
Por eso muchos investigadores están explorando opciones que no incluyen la impresión de esas estructuras desde cero, sino que tratan de utilizar las ya diseñadas por la naturaleza. En el Instituto del Corazón de Texas, en Houston, Doris Taylor, directora del programa de investigación en medicina regenerativa del instituto, está experimentando con corazones de cerdo descelularizados: órganos a los que se les ha quitado el músculo y todas las demás células de tejido vivo en un baño químico, dejando sólo la matriz de colágeno subyacente. Un órgano descelularizado es pálido y fantasmal, se parece a un bastón luminoso al que se le ha quitado la solución que lo hacía brillar. Pero lo más importante es que el proceso deja intacta la arquitectura interior del órgano, con su vasculatura y todo.
Taylor espera poder utilizar algún día corazones de cerdo descelularizados, repoblados con células humanas, para trasplantarlos a pacientes humanos. Hasta ahora, su equipo ha inyectado los corazones con células bovinas vivas y los ha insertado en vacas, donde han latido y bombeado sangre con éxito junto al corazón original y sano de las vacas. Para Taylor, este enfoque evita los retos de encontrar formas de imprimir con la resolución increíblemente fina que requieren las redes vasculares. «La tecnología va a tener que mejorar mucho antes de que seamos capaces de bioimprimir un riñón o un corazón, y llevarle sangre, y mantenerlo vivo», dice Taylor.
Los investigadores de Wake Forest también están experimentando con órganos descelularizados de cadáveres animales y humanos. De hecho, aunque Atala considera que el riñón de sustitución es su Santo Grial, no pretende que la construcción de uno sea otra cosa que un proceso gradual, emprendido desde diversos ángulos. Así, mientras los investigadores del instituto y de otros lugares trabajan para perfeccionar la impresión de la estructura externa y la arquitectura interna del órgano, también están experimentando con diferentes formas de imprimir y cultivar los vasos sanguíneos. Al mismo tiempo, están perfeccionando las técnicas para cultivar las células renales vivas necesarias para que todo funcione, incluyendo un nuevo proyecto para propagar células renales tomadas de una biopsia del tejido sano de un paciente.
Cuando hablamos, Atala hizo hincapié en que su objetivo es conseguir que un órgano de gran tamaño diseñado funcione en un ser humano que lo necesite desesperadamente, independientemente de que ese órgano haya sido bioimpreso o no. «Sea cual sea la tecnología necesaria para conseguirlo», dijo.
Y, sin embargo, se apresuró a señalar que la forma de llegar a ese punto no carece de importancia: en última instancia, quiere sentar las bases de una industria que garantice que nadie -ya sea en las próximas décadas o en el siglo XXII, dependiendo de su nivel de optimismo- vuelva a necesitar un órgano que le salve la vida. Para ello, no se puede hacer a mano.
«Se necesitará un dispositivo que sea capaz de crear el mismo tipo de órgano una y otra vez», me dijo Atala. «Igual que si se hiciera a máquina».
Una tarde, me pasé por la mesa de John Jackson, profesor asociado del instituto. Jackson, de 63 años, es hematólogo experimental de profesión. Llegó a Wake Forest hace cuatro años, y comparó el traslado al instituto, con toda su tecnología de última generación, como «volver a la escuela de nuevo»
Jackson supervisa el desarrollo de una impresora de células cutáneas, que está diseñada para imprimir una serie de células cutáneas vivas directamente en un paciente. «Digamos que tienes una herida en la piel», sugirió Jackson. «Se escanearía esa herida para obtener el tamaño y la forma exactos del defecto, y se obtendría una imagen tridimensional del mismo. Entonces podrías imprimir las células» -que se cultivan en un hidrogel- «con la forma exacta que necesitas para encajar en la herida». Por el momento, la impresora puede imprimir tejidos en las dos capas superiores de la piel, lo suficientemente profundas como para tratar -y curar- la mayoría de las heridas por quemaduras. Más adelante, el laboratorio espera poder imprimir a mayor profundidad bajo la superficie de la piel e imprimir capas de piel más complicadas, incluyendo tejido adiposo y folículos pilosos profundos.
Jackson estimó que los ensayos clínicos podrían comenzar en los próximos cinco años, a la espera de la aprobación de la FDA. Mientras tanto, su equipo había estado ocupado probando la impresora de piel en cerdos. Desplegó un gran póster, que estaba dividido en paneles. En el primero había una fotografía detallada de una herida cuadrada, de unos diez centímetros de lado, que los técnicos habían cortado en la espalda de un cerdo. (Los cerdos habían sido sometidos a anestesia general.) Ese mismo día, los investigadores habían impreso células directamente sobre la herida, un proceso que duró unos 30 minutos. En las fotografías posteriores a la impresión, se podía distinguir una discrepancia en el color y la textura: La zona era más gris y apagada que la carne de cerdo natural. Pero apenas había arrugas, ni tejido cicatrizal elevado o estriado, y, con el tiempo, el gel se fundió más o menos completamente con la piel circundante.
La impresora de células cutáneas es uno de los varios proyectos activos del instituto que recibe financiación del Departamento de Defensa de Estados Unidos, incluidas las iniciativas de regeneración de tejidos para lesiones faciales y genitales, ambas endémicas entre los soldados estadounidenses heridos en guerras recientes. El año pasado, los investigadores dirigidos por Atala anunciaron la implantación con éxito de vaginas diseñadas con las propias células de las pacientes en cuatro adolescentes que sufrían un raro trastorno reproductivo llamado síndrome de Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser. Wake Forest también está probando en animales penes y esfínteres anales descelularizados y cultivados en laboratorio, con la esperanza de iniciar los ensayos en humanos en los próximos cinco años.
El Periférico, la nueva novela del futurista William Gibson, que acuñó el término «ciberespacio» y previó la mayor parte de la revolución digital, tiene lugar en una época en la que los humanos son capaces de «fabricar» -es decir, imprimir en 3D- cualquier cosa que necesiten: medicamentos, ordenadores, ropa. Sólo están limitados por su imaginación. Y sin embargo, encorvado sobre el póster de Jackson, me encontré pensando que ni siquiera Gibson había predicho esto: carne viva, a la carta.
Me acerqué al despacho de Atala. La luz del sol salpicaba el suelo y un conjunto de estanterías altas, en las que se veían fotos de los dos hijos pequeños de Atala y varios ejemplares de su libro de texto, Principios de medicina regenerativa.
Había estado en el quirófano toda la mañana (también es el presidente de urología de la facultad de medicina) y no esperaba volver a casa hasta última hora de la tarde, pero estaba alegre y rebosante de energía. Le pregunté si alguna vez se había planteado dejar la consulta y dedicarse exclusivamente a la investigación.
Sacudió la cabeza. «A fin de cuentas, me metí en la medicina para cuidar de los pacientes», dijo. «Me encanta tener esa relación con las familias y los pacientes. Pero igualmente importante es que me mantiene en contacto con las necesidades. Porque si veo esa necesidad de primera mano, si puedo ponerle caras al problema, sé que seguiré trabajando en ello, seguiré intentando averiguarlo».