Un equipo multidisciplinario dirigido por Gordana Vunjak-Novakovic, profesora de la Fundación Mikati de Ingeniería Biomédica y Ciencias Médicas en Columbia Engineering, y Matt Bacchetta, profesor asociado de cirugía en el Centro Médico de la Universidad de Columbia y NewYork-Presbyterian tiene - por primera vez -- mantuvo un pulmón completamente funcional fuera del cuerpo durante varios días. En un estudio publicado el Ingeniería biomédica de la naturaleza el sitio web, los investigadores describen la plataforma de circulación cruzada que mantuvo la viabilidad y la función del pulmón donante y la estabilidad del receptor durante 36 a 56 horas. Usaron el sistema de soporte avanzado para recuperar completamente la funcionalidad de los pulmones lesionadospor isquemia suministro de sangre restringido y los hizo adecuados para el trasplante.
El equipo se inspiró en la necesidad crítica de expandir el conjunto de pulmones de donantes. El trasplante sigue siendo el único tratamiento definitivo para pacientes con enfermedad pulmonar en etapa terminal, pero la cantidad de pulmones de donantes es mucho menor que la cantidad de pacientes que lo necesitan,y muchos pacientes mueren mientras están en la lista de espera. Además, los pulmones pierden rápidamente su función fuera del cuerpo y durante el transporte: se rechazan cuatro de los cinco pulmones evaluados en los centros de trasplante. Si estos pulmones pudieran mantenerse viables fuera del cuerpo el tiempo suficiente,sería posible mejorar su función y usarlos para el trasplante.
En los últimos cinco años, Vunjak-Novakovic ha estado colaborando con Bacchetta y Hans Snoeck, profesor de medicina, para investigar cómo mejorar los pulmones de donantes de baja calidad y posiblemente los pulmones de bioingeniería para el trasplante. En lugar de intentar construir nuevos pulmones,desarrolló estrategias para rescatar los pulmones donados dañados. Un enfoque fue utilizar una terapia de células madre del pulmón para reemplazar las células defectuosas con nuevas células terapéuticas derivadas del receptor del trasplante. Si bien esta técnica era aplicable a los pulmones de baja calidad que se rechazan para el trasplante,había un problema: el soporte del pulmón fuera del cuerpo era demasiado corto para que las células terapéuticas comenzaran a mejorar la función pulmonar.
Como suele suceder, las necesidades clínicas insatisfechas inspiran nuevas ideas e impulsan el desarrollo de nuevas tecnologías. El equipo de Columbia se dio cuenta de que la "circulación cruzada", un procedimiento quirúrgico abandonado utilizado en la década de 1960 para intercambiar el flujo sanguíneo entre dos pacientes, podría permitirEl apoyo a largo plazo de los órganos vivos fuera del cuerpo al proporcionar factores sistémicos y metabólicos críticos que faltan en todas las tecnologías actuales. El equipo adoptó esta idea e ideó un enfoque completamente nuevo para apoyar los pulmones fuera del cuerpo el tiempo suficiente para permitir las intervenciones terapéuticas necesarias pararecuperar su salud y función normal.
"Este es el estudio más complejo que hemos realizado y el que tiene el mayor potencial para la traducción clínica", dice Vunjak-Novakovic. "El pulmón es una obra maestra de 'ingeniería por naturaleza', con sus más de 40 célulastipos y una superficie de intercambio de gases de 100 metros cuadrados: media cancha de tenis. Es sorprendente que un órgano tan complejo pueda mantenerse fuera del cuerpo e incluso recuperarse después de una lesión ".
"Nuestro equipo trabajó arduamente para innovar un conjunto de tecnologías de imágenes y de entrega dirigida y finalmente completó este desafiante estudio de cambio de paradigma en menos de un año. Esto solo fue posible gracias a nuestro equipo de bioingenieros y cirujanos con un talento único y elentorno altamente colaborativo en Columbia que fomenta la innovación ", dice Vunjak-Novakovic.
El avance del equipo fue darse cuenta de que la circulación cruzada podría reconfigurarse para ayudar a recuperar los órganos donados dañados. Los autores principales del estudio, el candidato al doctorado John O'Neill y el investigador postdoctoral Brandon Guenthart, analizaron los estudios clínicos de la década de 1960 que utilizaronLa circulación cruzada de sangre entre un individuo sano y un paciente que sufre una enfermedad crítica pero potencialmente reversible.Trabajando en el Laboratorio de Ingeniería de Células Madre y Tejidos de Vunjak-Novakovic, desarrollaron una tecnología radicalmente nueva para apoyar el pulmón completamente funcional fuera del cuerpo para variosdias.
"Nuestra plataforma de circulación cruzada probablemente nos permitirá extender la duración del soporte a una semana o más si es necesario, lo que posiblemente permita la recuperación de órganos gravemente dañados", observa O'Neill. "Más allá de prolongar el tiempo de soporte, también demostramosvarias intervenciones terapéuticas que mejoran enormemente y aceleran la recuperación ".
A medida que el equipo desarrollaba su plataforma de circulación cruzada, superaron muchos desafíos para mantener los pulmones viables fuera del cuerpo por mucho más tiempo que cualquier plataforma anterior. Para evitar que la superficie externa del pulmón se seque y para proporcionar una temperatura corporal normal, diseñaron un sistema de humidificación con control de temperatura ambiente y una cuenca de órgano de recirculación de agua tibia para proporcionar una temperatura corporal normal para imitar la cavidad torácica.
Luego necesitaban abordar el circuito de perfusión. Para permitir el flujo sanguíneo adecuado dentro y fuera de los pulmones durante la circulación cruzada, desarrollaron nuevos componentes y técnicas y utilizaron un vaso donante como un "bio-puente".sistema dinámico capaz de ajustes de altura y presión hidrostática y flujo controlado por presión regulado por retroalimentación. También desarrollaron técnicas guiadas por imágenes para el suministro controlado de medicamentos y células en regiones específicas del pulmón sin la necesidad de biopsias pulmonares repetidas.
"A medida que avanzaba nuestro trabajo, continuamos innovando por necesidad y refinando y racionalizando nuestra configuración y procedimiento de circulación cruzada", dice Guenthart.
Los investigadores dicen que su nueva plataforma podría ampliarse fácilmente para recuperar otros órganos que tienen una gran demanda de trasplantes o que necesitan reparación, incluidos hígados y riñones, y ya han comenzado los estudios en estas direcciones.
"La circulación cruzada ha demostrado ser una herramienta valiosa para la investigación y ha fomentado colaboraciones interdisciplinarias", dice Bacchetta. "Nuestro estudio está brindando a los investigadores nuevas oportunidades para investigar las interacciones inmunológicas entre donantes y receptores, el suministro de células terapéuticas, la diferenciación de células madre, agudalesión pulmonar y el desarrollo de nuevos teranósticos pulmonares "
Vunjak-Novakovic agrega: "Nuestro objetivo era desarrollar una plataforma que aproveche todo el potencial de la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa para el rescate de órganos. Esperamos que nuestra tecnología única beneficie a muchos pacientes necesitados y les ayude a vivir más plena y felizmentevive."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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