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BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLAUNA NUEVA ALTERNATIVA Verano 2016

órganos artificiales

BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA

DESARROLLO DEL USO DE LA TECNOLOGIA, LA INFORMACION Y LA COMUNICACION

Profesor: Gaona Osorio LilianaVerano 2016

Lunes – jueves 9 – 11 amIntegrantes:

Jiménez Jerónimo PalomaLópez Campolli Natalia Lizeth

Martínez Castro Andrea

BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLAUNA NUEVA ALTERNATIVA| NÚMERO 2016

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BENEMERITA

UNIVERSIDAD

AUTONOMA DE

DESARROLLO DE HABILIDADES EN EL USO DE LA TECNOLOGIA, LA INFORMACION Y LA COMUNICACIÓN NRC 60346

A principio de los años 80´s, la implementación de la donación de órganos dio un giro innovador a la vida de los pacientes con procesos degenerativos. este procedimiento ha salvado miles de vidas desde entonces pero el principal problema que se plantea en este campo terapéutico es la escasez de órganos para ser trasplantados.

La medicina regenerativa ha propuesto una solución a esta problemática, la producción bioartificial de órganos y tejidos. Esta novedosa estrategia se basa en la producción combinada de células troncales del propio individuo, teniendo así mayores beneficios para el

paciente, y matrices extracelulares biocompatibles y biodegradables.

Nuestro principal objetivo en esta investigación es resaltar las ventajas de los órganos y tejidos artificiales, dando a conocer información relevante sobre el desarrollo y avances en los últimos años de la producción de estos, la experimentación en animales y los aspectos éticos que implican su uso clínico en humanos entre otros temas.

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TRÁQUE SINTÉTICAProfesor Alex Seifalian con tráquea sinteticaEsta fue la primera vez que alguien en el mundo había recibido un órgano fabricado en un laboratorio. Fue una operación de salvamiento y marcó el comienzo de una nueva era en la ciencia médica. Con el uso de la tecnología, los seres humanos pueden comenzar a crecer nuevas y reemplazables partes del

RESUMEN por Jiménez Paloma, López Lizeth y Martínez Andrea


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cuerpo

Los órganos artificiales son un tema innovador de la medicina regenerativa y reparadora.

Este ensayo tiene como finalidad abarcar los diferentes puntos que conlleva el diseño, la producción y aplicación. Además se basa en las ventajas y desventajas que tienen los órganos artificiales, los aspectos éticos que conllevan su uso clínico en humanos, así como la experimentación en animales y el impacto que tendría esta tecnología en México

Este tema implica avances biotecnológicos que pueden llegar a ser de interés para las personas que se desenvuelven en el área biomédica pero también para cualquier lector del artículo.

Uno de los principales problemas con los que se ha enfrentado en la actualidad el sector salud es la escasez de órganos para ser trasplantados. La mayoría de los pacientes tiene que esperar largos periodos de tiempo para que le sea proporcionado un órgano, incluso existen muchos

pacientes que no consiguen el órgano deseado y fallecen sin haber recibido un trasplante.

Desde esta idea innovadora de la medicina regenerativa, los órganos artificiales se han convertido en una gran alternativa para aquellas personas que están en espera de un trasplante. Estos órganos se pueden producir combinando células troncales de distintos tipos con matrices extracelulares biocompatibles y biodegradables o con materiales sintéticos capaces de realizar las actividades que un órgano natural puede realizar en condiciones normales dentro de un organismo vivo.

INTRODUCCION

MEDICINA REGENERATIVA

La medicina regenerativa es un campo amplio que incluye la ingeniería de tejidos, pero también incorpora la investigación de material biológico externo – donde el cuerpo usa sus propios sistemas, algunas veces con ayuda de material biológico extraño para recrear células y reconstruir tejidos


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Un poco de historia…

Con el paso de los años, los avances biomédicos han causado un gran impacto en el área médica.

Con el fin de resolver el problema que empezó a ocasionar la alta demanda de trasplantes, en 1940 se comenzó a trabajar por primera vez con el diseño y construcción de órganos artificiales y el mejoramiento de técnicas en los trasplantes de órganos.

En 1944 se logró construir el primer riñón artificia mientras que en 1953 el estadounidense John Gibbon ideó el primer corazón – pulmón artificial. Este nuevo instrumento oxigena la sangre venosa con aire y la bombea a las arterias sin pasar por los pulmones y el corazón.

En 1954 se fabricó la primer maquina cardiorrespiratoria y se colocó el primer marcapasos en un paciente. Después de diversas pruebas con ratones se realizó el primer trasplante de riñón.

A inicios del siglo XXI se elaboró un corazón hecho de titanio y plástico conocido como “Abiocor”, el cual fue posible trasplantar en un paciente que tenía esperanza de vida menor de 30 días, gracias a esto fue capaz de vivir por 151 días

A partir del éxito obtenido con la elaboración de los órganos

descritos anteriormente, diversos científicos han logrado recrear distintos órganos, pero ahora más enfocados a utilizar células madre que materiales sintéticos. Así, en 2010 se dio a conocer el primer corazón e hígado artificial en ratones, con la esperanza de poder lograr este avance en los seres humanos

Órganos in vitro

Como ya hemos comentado, la posibilidad de obtener órganos artificiales es una estrategia innovadora de la medicina regenerativa. Las células son los componentes fundamentales del tejido, y los tejidos son la unidad básica de la función en el cuerpo. Distintos grupos de células forman y secretan sus propias estructuras de soporte, llamadas matriz extracelular, que actúa como una estación repetidora para varias moléculas de señalización. Los investigadores, al conocer los procesos de interacción y organización celular, han sanado tejidos dañados e incluso creado nuevos.

Por lo tanto, los órganos se pueden producir combinando células troncales de distintos tipos de matrices

extracelulares biocompatibles y biodegradables, consiguiendo así


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estructuras biológicas que

pueden ser creadas ex vivo y

que pueden implantarse y mantenerse en adecuadas condiciones de funcionamiento, tras ser trasplantadas a animales vivos.

El proceso frecuentemente comienza con la construcción de un andamio a partir de un amplio grupo de fuentes posibles, desde proteínas hasta plásticos. Una vez que se crean los andamios se pueden introducir células con o sin factores de crecimiento. Si el entorno es adecuado, se desarrolla un tejido

Otro método para crear un tejido nuevo utiliza un andamio existente. Las células de un órgano donado se desprenden

y el andamio de colágeno restante se usa para crecer un tejido nuevo. Este proceso se ha utilizado para la bioingeniería de tejidos como el corazón, hígado, pulmón y riñón. Este enfoque permite utilizar el andamiaje con el tejido humano descartado durante la cirugía y combinarlo

con las propias células del paciente para hacer órganos más compatibles y disminuir el rechazo inmunológico que normalmente se da en los trasplantes.

Aunque esta técnica es innovadora aún hay que encontrar las matrices extracelulares idóneas, la fuente de células troncales más adecuada, las mejores condiciones de cultivo, así como el manejo perioperativo de los pacientes.

Órganos artificiales utilizados en la actualidad

El uso de órganos artificiales en trasplantes humanos involucra el empleo del ensayo clínico para que éstos puedan ser aprobados. Este ensayo consta de tres etapas: producción de órganos, experimentación en animales o ensayo preclínico y, finalmente, la etapa clínica que involucra la experimentación en humanos. Se han realizado pocos trasplantes de este tipo; sin embargo, se están obteniendo resultados positivos


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Se han realizado pocos trasplantes de este tipo. Sin embargo, se están obteniendo resultados positivos. Entre los trasplantes realizados en los últimos años tenemos:

Cartílago nasal

Con la creciente incidencia de cáncer de piel se han hecho más frecuentes las técnicas de extirpación de células dañinas, que corresponden a los estratos más profundos de la epidermis pues involucra a las células escamosas del estrato basal, es por ello que al realizar este procedimiento muchas veces se daña el cartílago nasal y se tiene que extirpar

Una solución muy viable es la implementación de cartílago alar bioproducida, ya que este se crea a base de células condroprogenitoras del propio paciente para que, posteriormente, puedan proliferar y sintetizar cartílago que sea biocompatible para el paciente. Los resultados obtenidos han sido satisfactorios ya que el organismo reconoce como propio al cartílago por lo que no hay riesgo de rechazo inmunológico. Además, se reestablecieron las funciones olfatorias de la nariz

Uretra

Diversas patologías y traumatismos causan la atrofia o degeneración de las funciones de la vejiga, es por ello que se realizó una investigación en la que se demuestra la viabilidad para trasplantar vejigas producidas artificialmente, el proceso es el siguiente, a base de células obtenidas por biopsias de tejido de vejiga del propio paciente se realizan cultivos de las mismas en un medio de cultivo enriquecido que les permite proliferar, y con ayuda de algunos materiales sintéticos es posible, al cabo de cierto tiempo, regenerar en su totalidad al órgano en cuestión.

Antes de ser trasplantado se realizaron estudios tanto anatómicos como fisiológicos

acerca de los componentes de dicho órgano, debido a los resultados obtenidos se pudieron realizar cinco trasplantes exitosos a pacientes en edad pediátrica, se valoraron los órganos durante un lapso de 38 meses y no se obtuvieron resultados desfavorables.

Tráquea

El órgano artificial más utilizado actualmente para ser trasplantado es la tráquea,

CELULAS MADREUn biomaterial hecho de intestinos de cerdos que se puede utilizar para curar heridas en humanos. Cuando se humedece, el material llamado SIS, es flexible y fàcil de manejar

Fuente: Stephen Badylak, Universidad de Pittburgh


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debido a que es extenso su uso clínico en pacientes de todas las edades que requieren que les sea trasplantado este órgano por diversas razones, entre las más importantes se encuentran obstrucción de tráquea, EPOC, y Cáncer.

El procedimiento para crear una tráquea bioartificial es el siguiente: se crea una estructura tubular de polímeros, posteriormente se siembran células propias y se incuban para que de esta forma se pueda celularizar esta estructura y no se presente rechazo inmunológico, este procedimiento es largo ya que las células de la tráquea tardan largo tiempo para proliferar. Los resultados obtenidos con este tipo de trasplante son adecuados, ya que las funciones fisiológicas son normales, y al cabo de cierto tiempo los pacientes a los que se ha realizado este procedimiento pueden realizar diversas actividades como viajar e incluso correr.

El seguimiento de los pacientes hasta ahora trasplantados se realiza cada cinco años, tras los cuales se toma una biopsia de tráquea y se examina, además se valora la función respiratoria de pulmones y hasta ahora no hay evidencia de anomalía alguna, los pacientes que recibieron el trasplante no muestran problemas, pues su calidad de vida ha mejorado mucho desde su intervención quirúrgica.

Vagina

Este trasplante fue realizado en un grupo de mujeres cuyo rango de edad era de entre 13 y 18 años, el procedimiento para producir una vagina artificial incluyo hacer una biopsia de vagina, las células del tejido obtenidas por este medio fueron colocadas en medios de cultivo específicos, posteriormente se expandieron para generar células musculares y epiteliales, estas células fueron colocadas en matriz extracelular de origen porcino en donde proliferaron para dar origen a una vagina bioproducida.

Estas vaginas fueron trasplantadas con éxito a las mujeres, posteriormente se realizó un seguimiento a cada una de ellas para valorar la

funcionalidad del órgano producido artificialmente, los resultados del seguimiento revelaron el correcto funcionamiento de estas vaginas artificiales, pues no presentaban problemas tanto estructurales como funcionales.

Impresión 3D

La producción de órganos artificiales más eficaz es una de las metas que más esperan lograr los biomédicos en la actualidad. Esta meta no es única en el área de la biomedicina, también lo está siendo para la ingeniera y arquitectura de tejidos, que ha ido trabajando de la mano con las diversas tecnologías que están a su alcance como las impresoras 3D.

El proyecto de crear órganos artificiales con una impresora 3D consiste en utilizar gotas biotinta con grupos de miles de células con una organización similar a la de un tejido llamados esferoides, las cuales imprimen en una superficie gelatinosa el órgano que se desee crear.


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Se ha estado trabajando con la posibilidad de que estas gotas colocadas lo suficientemente cerca se fusionen para obtener un macro-tejido y así elaborar un órgano completo. Diversos científicos consideran que es posible que este proyecto tenga éxito, pero no del todo, ya que crear un órgano funcional es un reto muy grande.

Aspectos éticos:

Con la aparición de los trasplantes de órganos, surgieron al mismo tiempo dilemas éticos sobre el procedimiento para trasplantar un órgano de un ser humano a otro, ya que se debatía y se sigue debatiendo acerca de la forma de selección para recibir un órgano. Las disposiciones redactadas y emitidas por la ley general de salud o por los organismos encargados de estas funciones en diferentes países del mundo han creado

un reglamento para señalar cual es el procedimiento de obtención de órganos; entre los puntos más importantes destacan los que hacen referencia al donador, ya que en muchos países es aplicable el término de “donador con consentimiento informado” el cual, antes de morir, expresa su consentimiento para que sus órganos sean donados.

Otra problemática es el tráfico de órganos, la cual ha surgido ante la escasez de órganos para ser trasplantados. Actualmente, el vender o comprar un órgano está penado en todos los países del mundo, aunque sigue siendo una práctica que se realiza con alta frecuencia. Además, el problema no solo radica en la ilegalidad sino en la forma de obtención de los traficantes.

En la actualidad, pese a los pocos avances y éxitos obtenidos con el uso de órganos artificiales, han surgido posturas y argumentos de índole ético que cuestionan la viabilidad de estos nuevos procedimientos, puesto que se está poniendo en riesgo la vida de un ser humano a pesar de conocer las altas tasas de fracaso clínico que se

presentan, haciendo referencia a las crueles prácticas de experimentación desarrolladas por las grandes potencias mundiales durante la segunda guerra mundial; así como posturas que sostienen que al llevar a cabo estos procedimientos se está sufriendo un enorme deterioro en los valores universales ya que se está violando la dignidad de un ser humano al ser utilizado meramente como a un objeto. Debito a esto el ser humano es consciente de que con el paso del tiempo, seguirán apareciendo problemáticas y cuestionamientos en el campo de la ética conforme vayan apareciendo logros en el campo de la medicina, y de toda la ciencia en general, y que sin duda tendrán la misma magnitud que los problemas éticos expuestos en el párrafo previo.

Experimentación en animales

Los avances tecnológicos con los que contamos hoy en día en la medicina son gracias a procesos de protocolos de investigación, en su mayoría, experimentales.

La aparición de las vacunas, los antibióticos y otros tipos de fármacos cambiaron la historia de la humanidad, prolongando y mejorando la calidad de vida. Gran parte de estos avances


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en la medicina habrían sido imposibles sin el uso de modelos experimentales. En la producción de órganos artificiales es lo mismo, tras generarlos hay que probar si pueden ser trasplantados a animales para evaluar su funcionalidad.

Actualmente la mayoría de los equipos de investigación se encuentran en fase de experimentación. El equipo de HC Ott ha creado estructuras renales tridimensionales bioartificiales a partir de riñones de cadáveres de rata, que son descelularizados utilizando un detergente, hasta conseguir una matriz de tejido conectivo que mantenía su estructura vascular. Después se recelulariza utilizando dos tipos de células: de endotelio de vena umbilical, para promover la formación de vasos sanguíneos y células renales de ratas recién nacidas, para producir los tejidos restantes del riñón. Las células endoteliales se perfundieron a través de la arteria renal y las del riñón por el uréter. El órgano producido fue primeramente mantenido

en un biorreactor y después trasplantado a una rata a la que se había previamente eliminado un riñón. El órgano producido es funcionalmente activo, sin embargo, aún no cumple con el cien porciento

Una de las soluciones propuestas que se emplea en la experimentación animal se trata de cumplir el principio de las tres erres: reemplazo, reducción y refinamiento. El reemplazo consiste en sustituir, siempre que sea posible, a los animales por modelos informáticos o cultivos celulares para probar el protocolo. La reducción trata de reducir el número de animales empleados y el refinamiento consiste en buscar métodos para minimizar el sufrimiento de los animales.

Así, existen muchos ejemplos de la utilización de animales para comprobar la funcionalidad de los órganos producidos, ya sean injertos vasculares a partir de músculo canino, hígado a partir de células de ratas, hipófisis a partir de células troncales embrionarias de ratón, etcétera.

Órganos artificiales en México

En México el uso de órganos artificiales sería un avance con alto impacto en el sector salud y social. Como bien sabemos, muchos de estos órganos artificiales siguen en proceso de elaboración y aprobación con la experimentación con animales, llevando consigo un elevado presupuesto, por lo que su implementación de igual manera conllevaría costos elevados.

El sector salud público en México no tiene el presupuesto necesario para adquirir estos órganos artificiales, un ejemplo claro es el uso de los marcapasos que en décadas anteriores era costoso obtener por ser considerado un órgano artificial moderno y reciente causando conflicto en los pacientes con escasos recursos monetarios, conforme pasaron los años este problema se ha ido reduciendo pero si se llegase a usar en México los nuevos órganos elaborados, sería muy probable que el acceso a ellos para su uso en trasplantes


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tenga más relevancia en el sector salud privado.

Ventajas de los órganos artificiales

Al producir órganos artificiales a partir de células del propio organismo no habrá rechazo inmunológico Se evitará el uso de inmunosupresores que, en la mayoría de los pacientes con trasplante, permite infecciones oportunistasDisminuirá el número de pacientes en lista de espera de un órgano Mejorará la calidad de vida del paciente aceptor El paciente no tendrá que esperar grandes periodos de tiempo para adquirir el órgano, lo que permitirá que la enfermedad no se agrave

Desventajas

El número de células madre para formar un órgano es enorme Aun no se encuentra la matriz extracelular por excelencia El tiempo de producción es indeterminado Es un aun un tema en investigación Los costos son excesivos por lo que no toda la población tendría acceso a ellos

No se ha comprobado los efectos a largo plazo

El uso y la creación de los órganos artificiales ha tenido un impacto muy grande en el área biomédica. A continuación, se presenta un caso clínico en el cual podemos observar este fenómeno en el uso médico.https://www.acs.org/content/dam/acsorg/education/resources/highschool/chemmatters/spanishtranslations/chemmatters-april2013-bladder-spanish.pdf

Conclusión

Los órganos artificiales desde sus inicios han causado gran impacto en el área biomédica y social. Existe muy poca información y difusión del tema, por lo cual muchas personas tienen poco conocimiento respecto a ello. A lo largo de las últimas décadas el avance que se ha tenido en

la elaboración de estos órganos ha sido un gran paso para que en un futuro las personas tengan trasplantes de órganos más eficaces y oportunos, debido a que en la actualidad la escasez de órganos naturales es un problema muy serio en el área quirúrgica y terapéutica.

Como se ha mencionado son diversos los procedimientos y diseños que se están elaborando para llegar a un fin común: la producción de órganos artificiales funcionales. Por desgracia son diversas las opiniones que se tienen sobre su elaboración y uso, ya que muchas personas están en desacuerdo de que se utilicen animales en pruebas y experimentos, además de considerar que su uso no es seguro ni apto para el ser humano.

Una buena manera de lograr que la elaboración de estos órganos artificiales tenga éxito, es que se tenga una amplia información de la anatomía y la funcionalidad de los órganos naturales, para poder plasmarlos y usarlos en cuerpos humanos.

En nuestra opinión, los órganos artificiales son la alternativa necesaria para los pacientes con disfunción orgánica. Todas las técnicas a


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implementar necesitan pasar por un ensayo clínico por lo que no nos oponemos a la experimentación en animales, creemos que es un paso necesario para continuar mejorando la calidad de vida

Referencias:

Carnevale, Romina P.; (2010). “La impresora de órganos. Ficciones y realidades de la producción de tejidos artificiales”. Química Viva, Agosto-Sin mes, 76 – 85.

Aznar, J.; Tudela, J.; Sánchez, J. L.; (2015). “Producción de órganos bioartificiales”. Revista Cuadernos de Bioética. España 2015/1º, 149 – 169

Instituto Nacional de bioingeniería e imágenes biomédicas (2013). “Ingenieria de Tejidos y Medicina Regenerativa” NHI, Julio

Atala, A., Lanza, R., Thomson, J., Neren, R. (2008). “Principles of Regenerative Medicine” USA. Elsevier

Rivera López E. Ética y trasplante de órganos. México: UNAM/FCE; 2001.

Schnek, A. Massarini, A. (2008). Curtis. Biología. España: Panamericana.

Platas, L. (2015). Piezas de respuesto: el futuro de los trasplantes. Junio 9, 2016 de Algarabía. Sitio web: http://algarabia.com/ciencia/piezas-de-respuesto-el-futuro-de-los-trasplantes/

Zeppelin, M. (2014). "Órganos Artificiales". Recuperadp Junio 10, 2016 de Instituto de bioética. Disponible en: http://bioetica.uft.cl/index.php/revista-altus/item/organos-artificiales-medicina-regenerativa-que-busca-salvar-vidas

Rengifo, S. Rosero, C. (2014). Trasplante de órganos. Junio 9, 2016 de Universidad del Tolima-Idead-Cread TUNAL. Sitio web: http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0ahUKEwichZi4lP7MAhWM1IMKHXFYA0kQFggyMAQ&url=http%3A%2F%2Fs39e7558906446bf4.jimcontent.com%2Fdownload%2Fversion%2F1409960113%2Fmodule%2F10252662157%2Fname%2Fensayo%2520organos%2520artificiales%2520tut%25202%2520hames%2520sem%25209.p.pdf&usg=AFQjCNHPRGNxGvF2CufAK_xu3nmM0Y_Agw&bvm=bv.123325700,d.amc

http://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0ahUKEwichZi4lP7MAhWM1IMKHXFYA0kQFggyMAQ&url=http%3A%2F%2Fs39e7558906446bf4.jimcontent.com%2Fdownload%2Fversion%2F1409960113%2Fmodule%2F10252662157%2Fname%2Fensayo%2520organos%2520artificiales%2520tut%25202%2520hames%2520sem%25209.p.pdf&usg=AFQjCNHPRGNxGvF2CufAK_xu3nmM0Y_Agw&bvm=bv.123325700,d.amc



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