¿Por qué necesitamos la ingeniería biomédica?
El otro día estaba caminando en el campus y escuché de casualidad una conversación que me horrorizó. Unos estudiantes estaban discutiendo sobre si estaba bien reducir el presupuesto para las investigaciones. Su argumento se basaba en que, debido a que las investigaciones son un “desperdicio de dinero”, apretar el presupuesto forzaría a los científicos a ser más efectivos en cómo gastan el dinero de la investigación.
En ese momento imaginé a todos esos estudiantes y científicos que conozco, los cuales trabajan incansablemente, y por lo general muchas más horas de las que les pagan. Vienen al laboratorio en las noches y fines de semana para alimentar a sus células y continuar con sus experimentos. Ellos no obtienen ni un centavo extra por hacer esto, pero la percepción de los demás sobre este trabajo está claramente muy lejos de la realidad. Las personas probablemente piensan que los científicos pasan su tiempo jugando, cazando mariposas y divirtiéndose con ratas de laboratorio.
Lo que escuchaba en la conversación me estaba molestando, pero en esta vida debemos concentrarnos y preguntarnos: ¿Qué puedo hacer al respecto? Si la respuesta es nada, entonces molestarnos no vale la pena. En este caso si hay algo que puedo hacer al respecto, y lo estoy haciendo en este momento.
Supongo que el mayor problema es la comunicación, como científicos estamos a menudo muy sumergidos en nuestro mundo y nos olvidamos de ayudar a las demás personas a entender por qué hacemos lo que hacemos. Hoy me gustaría darte un ejemplo, te mostraré por qué realmente necesitamos diseñar más órganos artificiales.
No quiero comenzar con opiniones así que comenzaré con números, vamos a localizar una fuente confiable de estadísticas acerca del trasplante de órganos; una buena fuente es la página web “Data from the United Network for Organ Sharing” (UNOS) que significa: Datos de la Red Unida para el Intercambio de Órganos.
Allí podemos ver que en el 2016 hubieron 15.947 donantes, 33.612 trasplantes (una sola persona puede donar varios órganos), pero hay 119.362 pacientes en espera. Estos datos puedes verlos aquí.
Mientras que es alentador ver que cada año se pueden llevar a cabo más trasplantes de órganos, y por lo tanto salvar más vidas, es preocupante ver como la lista de espera crece a un ritmo mucho más rápido.
Traducción de la imagen:
Del lado izquierdo de la imagen podemos observar el número de personas y abajo el año.
Para agosto del 2017 ya habían más de 116.000 esperando por un trasplante de órgano, pero solo un poco más de 12.000 donantes. Es una carrera contra el tiempo porque los pacientes en la lista de espera se encuentran en condiciones críticas. En promedio, 20 pacientes mueren al día mientras esperan por un trasplante y sólo en 2016 murieron 7.000 pacientes porque no recibieron su trasplante de órgano a tiempo.
Por supuesto, basarnos solo en la generosidad de los donantes no reducirá la brecha entre la oferta y demanda de órganos. Necesitamos realmente la ayuda de la ingeniería biomédica, el cual es un término bastante amplio que abarca una amplia gama de disciplinas científicas. Como científico en ingeniería biomédica tendrás que usar varios sombreros ya que debes entender acerca de biología celular y molecular, bioquímica, mecánica, patología, inmunología y además deberás aprender a hablar el mismo lenguaje que los cirujanos porque de otra manera ignorarán el 90% de lo que dices. Es difícil obtener este conjunto de habilidades solo desde tu educación, pero afortunadamente hoy en día tenemos a nuestra disposición varias herramientas para compartir conocimientos entre científicos de diferentes disciplinas.
Si reforzamos el apoyo a la investigación y comenzamos a escoger solo unas cuantas disciplinas para apoyar, esto tendría repercusiones en todos los campos. Hasta los campos de estudio más populares dependen en gran medida de otras disciplinas (no mencionaré ningún nombre ya que podría ocasionar discusiones fuera del tema).
Así que hoy en día el esfuerzo de toda la comunidad científica es lo que permite que los investigadores de diferentes campos puedan tener a su disposición conocimiento invaluable, casi sin esfuerzo y de forma muy rápida. Por lo que está de más decir que es estrictamente necesario apoyar tantas investigaciones como podamos, en la más amplia gama de campos posibles.
Si caminas por cualquier laboratorio de investigación regular, notarás que los científicos y estudiantes no obtienen una gran cantidad de fondos. A menudo deben pedir prestados reactivos porque no tienen el dinero suficiente, o en muchos casos deben hacer sus propios reactivos desde cero.
Pero no todo se trata del dinero, si haces investigaciones sabrás que normalmente para hacer cualquier cosa debes nadar en un barro de burocracia. Si tienes una idea genial no puedes simplemente empezar a trabajar en esa idea de una vez, ya que primero debes obtener los fondos para desbloquear los recursos financieros. Irónicamente, hay científicos que pasan más tiempo escribiendo propuestas de proyectos y reportando su progreso, en vez de haciendo los experimentos como tal.
Si vemos el pasado, podemos observar que algunos de los descubrimientos más sorprendentes fueron hechos por herejes, es decir, científicos que se atrevían a pensar más allá de lo estructurado y usar nuevas y creativas formas de hacer las cosas. Desafortunadamente, por la forma en que obtenemos financiamiento para hacer investigaciones, nos vemos obligados a mostrar un enfoque más conservador. Si tienes una idea loca, no importa que tan innovadora sea, difícilmente obtendrá los fondos necesarios si parece poco realista. El problema es que no sabes si algo va a funcionar, a menos que lo intentes, y para eso necesitas financiamiento, por lo que es una situación bastante difícil.
De todos modos, me estoy saliendo un poco del tema, volvamos al problema de trasplante de órganos:
En los últimos años en la ingeniería biomédica han habido considerables esfuerzos en diseñar estrategias para reemplazar o curar órganos enfermos (Khademhosseini & Langer, 2016). Por ejemplo, un gran número de biomateriales han sido diseñados (Khademhosseini & Langer, 2016; Wronska, O’Connor, Tilbury, Srivastava, & Wall, 2016), cada uno con el propósito de imitar las características del tejido seleccionado. Diseñamos materiales adecuados para el músculo (Qazi, Mooney, Pumberger, Geibler, & Duda, 2015), cartílago (Pascher et al., 2004), y hueso (Yi, Ur Rehman, Zhao, Liu, & He, 2016). Usualmente la idea es utilizar estos biomateriales para proporcionar células madres (Sart, Agathos, & Li, 2013), en este caso, generalmente nos referimos a ellas como “scaffold”, los cuales son biomateriales que apoyarán el crecimiento celular, guiarán la diferenciación de células madre y la formación de nuevos tejidos.
Sin embargo, para producir un órgano sintético completo hay varios retos que debemos superar. En general, los órganos tienen ultraestructuras bastante complejas, cientos de diferentes tipos de células coexisten de forma organizada y su comportamiento es dirigido por señales moleculares inherentes a ese tejido. Para complicar más las cosas, la naturaleza creó estructuras que parecen desafiar las leyes de la física, algunos tejidos son igual de fuertes y duros, muy porosos y vascularizados, pero aun así fuertes (Wegst, Bai, Saiz, Tomsia, & Ritchie, 2015). Existe un alto grado de sofisticación en los tejidos biológicos que es muy difícil recrear artificialmente.
En años recientes hemos hecho un progreso significativo en el diseño de los scaffolds con complejas estructuras y también estamos aprendiendo cuáles materiales ofrecen mayores ventajas en términos de seguridad y actividad biológica. Por otra parte, también existe el problema de la fabricación de suficientes células madre que puedan regenerar un tejido completo. El asunto es que se necesitan millones de células pero no podemos expandirlas indefinidamente, ya que cada división celular afecta su potencial regenerativo (Takahashi & Yamanaka, 2006).
Aunque estamos haciendo progreso en encontrar nuevas fuentes de células madre, surge otro problema. Las células son entidades vivientes, necesitan nutrientes para sobrevivir y además producen residuos. Si acumularamos millones de células en un scaffold la mayoría de ellas morirían en cuestión de horas, porque actualmente sigue siendo muy difícil fabricar scaffolds con capacidades adecuadas de transporte de fluidos para sustentar las necesidades metabólicas de millones de células.
Como enfoque alternativo, comenzamos a descelularizar órganos completos de fuentes animales. Esto consiste en llevar a cabo tratamientos químicos, físicos y biológicos en los órganos para eliminar todas las células y cualquier otro componente del tejido que pueda causar reacciones inmunogénicas (Hoshiba et al., 2016). Se descubrió que descelularizar tejidos mantiene sus ultraestructuras, vascularidad y también señales biológicas que pueden guiar la regeneración de tejidos (Ott et al., 2008). De igual manera, estudios demostraron que estos tejidos descelularizados se pueden implantar con seguridad y con el tiempo pueden ser repoblados por las células del huésped y facilitar la regeneración de tejidos (Ott et al., 2008). Sin embargo, hay muchas limitaciones para esta propuesta, por supuesto siempre está el riesgo de transmisión de enfermedades e incluso si se utilizan fuentes animales para la descelularización de órganos, no sería una estrategia que podría implementarse a gran escala. De hecho, en este caso la disponibilidad de donantes también es limitada, y los costos serían exorbitantes (Huerta, Varshney, Patel, Mayo, & Livingston, 2016).
En conclusión, necesitamos a más “herejes” en la comunidad científica, que piensen más allá de lo estructurado y que propongan nuevas ideas. Desafortunadamente, hay una hemorragia de talentos en las investigaciones, especialmente de parte de las academias. Esto se debe más que todo al financiamiento inadecuado y a las recompensas extremadamente bajas por el trabajo duro.
Desde mi experiencia, veo muy a menudo el entusiasmo de estudiantes brillantes y energéticos siendo aplacado al darse cuenta que hacer investigaciones será una batalla cuesta arriba, buscando constantemente financiamiento, trabajando horas extra largas y además recibiendo muy poco reconocimiento y recompensas monetarias. No los culpo si cuando decidan formar una familia, prefieran huir a las industrias para obtener más estabilidad financiera. Generalmente, los que dejan la academia son personas con talento y experiencia, siendo una gran pérdida para las investigaciones, causada por el financiamiento inadecuado y la falta de oportunidades.
Este contenido es una traducción de una publicación original de @aboutcoolscience, quien es el autor (véase post original aquí). La traducción fue hecha por el usuario @marugy99.
@davinci.polyglot es una comunidad dedicada a la traducción de publicaciones de otros usuarios ¡Te invitamos a unirte a nuestro servidor de Discord para conocer más al respecto!
Referencias
- Hoshiba, T., Chen, G., Endo, C., Maruyama, H., Wakui, M., Nemoto, E., … Tanaka, M. (2016). Decellularized extracellular matrix as an in vitro model to study the comprehensive roles of the ECM in stem cell differentiation. Stem Cells International, 2016. https://doi.org/10.1155/2016/6397820
- Huerta, S., Varshney, A., Patel, P. M., Mayo, H. G., & Livingston, E. H. (2016). Biological Mesh Implants for Abdominal Hernia Repair. JAMA Surgery, 151(4), 374. https://doi.org/10.1001/jamasurg.2015.5234
- Khademhosseini, A., & Langer, R. (2016). A decade of progress in tissue engineering. Nature Protocols, 11(10), 1775–1781. https://doi.org/10.1038/nprot.2016.123
- Ott, H. C., Matthiesen, T. S., Goh, S. K., Black, L. D., Kren, S. M., Netoff, T. I., & Taylor, D. A. (2008). Perfusion-decellularized matrix: Using nature’s platform to engineer a bioartificial heart. Nature Medicine, 14(2), 213–221. https://doi.org/10.1038/nm1684
- Pascher, A., Palmer, G. D., Steinert, A., Oligino, T., Gouze, E., Gouze, J. N., … Ghivizzani, S. C. (2004). Gene delivery to cartilage defects using coagulated bone marrow aspirate. Gene Therapy, 11(2), 133–141. https://doi.org/10.1038/sj.gt.3302155
- Qazi, T. H., Mooney, D. J., Pumberger, M., Gei??ler, S., & Duda, G. N. (2015). Biomaterials based strategies for skeletal muscle tissue engineering: Existing technologies and future trends. Biomaterials, 53(2015), 502–521. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.02.110
- Sart, S., Agathos, S. N., & Li, Y. (2013). Engineering stem cell fate with biochemical and biomechanical properties of microcarriers. Biotechnology Progress, 29(6), 1354–1366. https://doi.org/10.1002/btpr.1825
- Takahashi, K., & Yamanaka, S. (2006). Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell, 126(4), 663–676. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.024
- Wegst, U. G. K., Bai, H., Saiz, E., Tomsia, A. P., & Ritchie, R. O. (2015). Bioinspired structural materials. Nature Materials, 14(1), 23–36. https://doi.org/10.1038/nmat4089
- Wronska, M. A., O’Connor, I. B., Tilbury, M. A., Srivastava, A., & Wall, J. G. (2016). Adding Functions to Biomaterial Surfaces through Protein Incorporation. Advanced Materials, 5485–5508. https://doi.org/10.1002/adma.201504310
- Yi, H., Ur Rehman, F., Zhao, C., Liu, B., & He, N. (2016). Recent advances in nano scaffolds for bone repair. Bone Research, 4(September). https://doi.org/10.1038/boneres.2016.50