martes, 5 de octubre de 2010

Construcción de un riñón artificial implantable


Bajo presión: Un riñón de bioingeniería se aprovecha de una serie de membranas de silicio que permiten la filtración a muy baja presión. La membrana en esta imagen posee capas de células renales. Los núcleos de las células se muestran en azul, sus microtúbulos en rojo, y una proteína de unión llamada ZO-1 en verde.


Casi 400.000 personas en los Estados Unidos—y hasta dos millones en todo el mundo—dependen de máquinas de diálisis para filtrar las toxinas de su sangre debido a una insuficiencia renal crónica.

Los pacientes deben estar atados a las máquinas al menos tres veces a la semana durante tres a cinco horas de un tirón. Incluso así, una máquina de diálisis posee sólo alrededor de un 13 por ciento de la eficacia de un riñón funcional, y la tasa de supervivencia a cinco años de los pacientes de diálisis es de sólo entre un 33 y un 35 por ciento. Para recuperar su salud, los pacientes necesitan un trasplante de riñón, y simplemente no hay suficientes órganos de donantes para todos. En agosto, en los EE.UU. había 85.000 pacientes en lista de espera para recibir un riñón, mientras que sólo se llevaron a cabo 17 mil trasplantes el año pasado.

Un grupo de colaboración multidisciplinario de laboratorios está trabajando para crear el primer riñón artificial implantable. El prototipo, revelado la semana pasada, es compacto, y no más grande que una lata de sopa. No sólo filtra las toxinas de la sangre sino que también usa células humanas de riñón para realizar otras funciones vitales, como por ejemplo la regulación de la presión arterial y la producción de vitamina D.

"La diálisis no sólo lleva mucho tiempo, sino que también es debilitante. Muchos pacientes no se sienten bien, porque no realiza todas las funciones de un riñón normal y sano", afirma el bioingeniero Shuvo Roy, cuyo laboratorio en la Universidad de California en San Francisco produjo el nuevo dispositivo y ya lo está probando en animales. "El riñón no sólo filtra las toxinas. También tiene funciones metabólicas y funciones hormonales, y la diálisis no capta estas capacidades".

Hacer un riñón artificial lo suficientemente pequeño como para que quepa dentro del cuerpo es, sin embargo, un gran reto. Un riñón saludable filtra 90 litros de agua cada día. Las máquinas de diálisis actuales son del tamaño de un refrigerador pequeño, y requieren una presión considerable para bombear el agua suficiente a través de las membranas porosas de la máquina como para permitir que los contaminantes se filtren fuera de la sangre.

El nuevo implante es una fusión de varias líneas de investigación, y se aprovecha de dos avances recientes en el campo. El nefrólogo de la Universidad de Michigan David Humes ha demostrado que las células humanas de riñón podrían utilizarse en una máquina de filtración del tamaño de una habitación para mejorar considerablemente la salud de los pacientes cuyos riñones hayan dejado de funcionar. Mientras tanto, Roy y William Fissell, nefrólogo de la Clínica Cleveland, han producido una membrana de nano poros de silicio que—con su densa y precisa estructura de poros—podría ayudar a miniaturizar las máquinas de diálisis.

El prototipo es un sistema de dos partes: la primera mitad se compone de un filtro de eliminación de toxinas, en el que miles de membranas de silicio se apilan juntas. Sus nano poros son tan densos, y con una forma tan precisa, que pueden filtrar con mucha precisión utilizando sólo la fuerza de la presión arterial del propio cuerpo. La sangre fluye a través de este filtro, donde las toxinas, los azúcares, el agua y las sales se eliminan como una solución de filtrado.


La sangre limpia y el filtrado acuoso quedan relegados en la otra mitad del sistema: un cartucho separado. Aquí, fluyen sobre más membranas de silicio, recubiertas esta vez con un tipo único de células de riñón humanas, que ayudan al dispositivo a reabsorber parte del agua, azúcares y sales, así como a producir vitamina D y ayudar a prevenir que la presión arterial no baje demasiado—funciones normales del riñón que no ofrece la diálisis. Los residuos que no son reabsorbidos se derivan a un tubo conectado a la vejiga y son eliminados como desecho de la orina—al igual que haría un riñón normal.

Está lejos de ser un sistema completo, y los investigadores señalan que no esperan poder sustituir el trasplante renal completamente. "Nuestros riñones tienen de 20 a 30 tipos de células, y todas cumplen funciones diferentes. Pero nos gustaría superar una cuestión crítica que ha surgido dentro de la insuficiencia renal", afirma Fissell. "Si una persona está lista para un trasplante de riñón, es mucho más propensa a morir en la lista de espera antes de obtener un riñón". Asegura que el dispositivo podría actuar como un puente para los pacientes a la espera de un trasplante.

"Desde una perspectiva general, cualquier dispositivo implantable reduciría drásticamente las molestias que los pacientes experimentan hoy día", afirma Glenn Chertow, jefe de nefrología en la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford. "Y si parte de la magia adicional que proporciona un riñón nativo se pudiera agregar a un dispositivo implantable, podríamos estar más cerca de restaurar una buena salud".

Los investigadores ya han solucionado algunos de los temas más difíciles: Humes ha ideado la forma de cultivo de las células de riñón a la escala necesaria (puede cultivar suficientes células para 100.000 dispositivos a partir de un único riñón). También ha determinado la mejor manera de congelarlas para su uso futuro. Y Roy, ganador del TR35 en 2003, ha probado el implante en docenas de ratas y un grupo de cerdos. Sin embargo todavía tienen que ampliar la eficacia del implante a algo que pudiera funcionar con eficacia en seres humanos. Ahora mismo el biocartucho puede filtrar entre 30 y 35 litros de agua por día, y tiene que ser capaz de filtrar al menos 43. También tienen que encontrar formas de asegurar que los dispositivos no causen coágulos de sangre o una reacción inmune.

Otros grupos también están trabajando para encontrar alternativas a las citas de diálisis tres veces por semana, aunque la mayoría se concentran en los dispositivos portátiles de diálisis—una propuesta difícil en sí misma, debido a la dificultad de la filtración constante en volúmenes tan grandes sin una bomba externa. Uno de estos dispositivos ya está en la segunda fase de ensayos clínicos. No obstante, incluso la diálisis constante no puede ocupar el lugar de otras funciones de los riñones.

Allen Nissenson, director ejecutivo de DaVita, el suministrador de diálisis más grande del país, afirma que el concepto implantable tiene atractivo. "Es un riñón biorreactor, un concepto muy innovador, y realmente emocionante si resulta viable a una escala mayor", señala.