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Endotelio corneal artificial, esperanza para invidentes

Publicado por Naked snake el Miércoles, 14 septiembre 2016
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Agencia Informativa Conacyt

Oaxaca.- Ante la falta de donadores de córnea, además de la incertidumbre y tardanza que representa estar en lista de espera para recibir un trasplante de este tejido ocular, un multidisciplinario grupo de investigadores de la Escuela de Medicina del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (EM-ITESM), campus Monterrey, lleva seis años trabajando en una alternativa que pretende subsanar dicha problemática.

HEAD cornea0816Dra. Judith Zavala A., candidata a investigadora nacional-nivel C del SNI. Fotografía cortesía del Tecnológico de Monterrey.

“Para ver bien es preciso tener alrededor de dos mil 500 células por milímetro cuadrado. Un paciente con ceguera corneal cuenta con menos de 500. Sin embargo, aunque el grado de opacidad de quienes poseen entre 550 a 800 no les permite ver casi nada, existen parámetros que determinan quién es, o no, candidato a un trasplante de córnea y no son pocos los afectados a los que, al no presentar tan pocas células, se les rechaza, pese a carecer de las suficientes para ver de manera óptima o por lo menos funcional”, informó la candidata (nivel C) al Sistema Nacional de Investigadores (SNI) Judith Zavala Arcos, quien es coordinadora científica del grupo de investigación de oftalmología y ciencias visuales de la EM.

Además de lo anterior, antes de que un trasplante pueda considerarse exitoso, cada paciente debe superar, adicional a la demora y escasa cantidad de córneas que hay para trasplantar, la no compatibilidad con el donante. Una vez que se le asigna a alguien una córnea del banco de órganos y tejidos, no todas son viables porque llegan a carecer de las células necesarias para que el órgano se restablezca e inclusive, en el caso de aquellas que sí logran trasplantarse, algunas presentan la desventaja de que las células se van muriendo; lo que motiva que a los dos años el individuo requiera un nuevo trasplante, con el consecuente tiempo en lista de espera, refirió la experta en terapia regenerativa y celular Judith Zavala Arcos.

Datos del Centro Nacional de Trasplantes (Cenatra) reflejan que, al momento, siete mil 520 personas en México aguardan resultar favorecidas con un trasplante de córnea, aunque para ello tengan que transcurrir hasta dos años y medio.

“La ceguera corneal afecta a cuatro millones de sujetos en el mundo y es la tercera causa de pérdida de la visión, antecedida por la catarata y el glaucoma, padecimientos que ocupan el primer y segundo lugar, respectivamente”, aludió la doctora en biotecnología Judith Zavala Arcos, quien ha enfocado su labor en el tratamiento de enfermedades degenerativas, “esas que a la fecha no se sabe por qué dan, ni su cura”.

Regeneración celular para volver a ver

Conforme a lo expuesto, el médico especializado en córnea Jorge Eugenio Valdez García, SNI nivel I y decano de la EM-ITESM, con frecuencia se había preguntado acerca de una posible solución, en virtud de que la cirugía y los trasplantes forman parte del adverso panorama que enfrentan quienes pierden la vista por distrofia o enfermedad corneal. Es así como en el Tecnológico de Monterrey surge el proyecto Regeneración celular de córneas artificiales biocompatibles, investigación emblemática que, al igual que otras de las que se realizan en este instituto, espera transformar vidas.

Dr. Jorge Valdez y doctora Judith Zavala. Fotografias cortesia del Tecnologico de Monterrey0816Dr. Jorge Valdez y doctora Judith Zavala. Fotografía cortesía del Tecnológico de Monterrey.Para el desarrollo de esta destacable contribución en favor de la salud humana, el presidente de la Sociedad Mexicana de Oftalmología durante 2015, Jorge Valdez García, cuenta con 10 profesionales a su cargo, entre médicos oftalmólogos, bioinformáticos, biotecnólogos y biomédicos.

A fin de comprender mejor esta investigación, la doctora Judith Zavala recomienda hacer hincapié en la anatomía de la córnea, a la cual conforman seis capas de células. La más externa, además de protectora, es el epitelio; seguida por la resistente y que asimismo protege, membrana de Bowman. En tercer lugar, siendo la más gruesa de las seis, está el estroma, compuesta de agua, fibras de colágeno y otros tejidos conectivos que, aparte de fortalecer, dan a la córnea su característica de flexibilidad y junto con la capa de Dua, apenas descubierta en 2013, anteceden a la delgada, firme e igualmente protectora membrana Descemet.

Por último, el estrato más interno y cuyo contacto con el humor acuoso es directo, se llama endotelio, su función es dejar pasar agua y nutrientes hacia las demás capas, así como filtrar los desechos de las otras células porque las suyas bombean el exceso de líquido hacia afuera de la córnea, lo que la mantiene hidratada y clara.

Cuando el endotelio sufre daño, dependiendo del grado, llega a ser tal la opacidad de la córnea que pudiera derivar en ceguera, condición que el mal funcionamiento de cualquiera de las otras capas también es capaz de provocar. No obstante, y de ahí su relevancia, la afección al endotelio representa más de 50 por ciento de las causas de ceguera corneal. Si un golpe, enfermedad o complicación posquirúrgica daña el endotelio, en el humano adulto esta capa ya no se renueva, explicó la especialista Zavala Arcos.

Al resaltar que a causa de la opacidad corneal más de la mitad de los siete mil 520 aspirantes a recibir un trasplante lo que necesitan es justamente un nuevo endotelio, la doctora Zavala Arcos enfatizó que “es la capa que los involucrados en esta innovación nos hemos abocado a estudiar. In vivo o dentro del organismo es imposible que el endotelio se regenere; sin embargo, en un ambiente controlado o de laboratorio, esto es in vitro, al incorporar en una córnea humana células endoteliales obtenidas de conejos, moléculas a las que nosotros distinguimos como factores de crecimiento, el resultado ha sido su proliferación, lo cual constituye un parteaguas porque de esta manera es factible producir células para ulteriormente trasplantarlas”.

Premio Rosenkranz de investigación médica

A nivel nacional e internacional, grupos de investigación enfocados en el cultivo de células han descubierto que, aun cuando dentro del cuerpo las células son hexagonales, lo que semeja su apariencia con un panal de abejas, en cultivo, una vez que se les agregan moléculas de crecimiento, las células se tornan fibroblásticas, es decir adquieren forma de huso (alargada, elipsoide y con las extremidades más estrechas que el centro). Todavía se ignora si al cambiar de morfología su funcionamiento de igual modo se distorsione, lo que representaría un problema, expuso la investigadora Zavala Arcos.

Para evitar lo anterior, otros grupos de investigación han decidido no poner moléculas al medio de cultivo; si bien esto conserva el aspecto original de las células, aminora su reproducción, ocasionando que permanezcan hasta cuatro meses en cultivo o se consiga una cantidad suficiente que resulte útil para trasplantar, añadió.

“Lo que nosotros hemos hecho es aislar las células. Al obtener muchas células de una sola córnea utilizando factores de crecimiento, las cambiamos del medio de cultivo proliferativo a otro sin factores de crecimiento, a fin de que recuperen su morfología hexagonal. Las células se multiplican a tal grado que de un solo pedacito de córnea podrían realizarse entre tres y 10 trasplantes”, señaló la coordinadora científica del Tecnológico de Monterrey.

Las células en el cuerpo ostentan unos marcadores moleculares específicos relacionados con su función. Empero, en el medio de cultivo proliferativo, aunque crecen mucho, estos marcadores dejan de expresarse y en cambio se manifiestan como genes asociados a procesos de inflamación o de reparación tisular, a saber, de tejidos. “La buena noticia es que al pasar las células al medio de cultivo basal o estabilizador, además de recuperar su morfología, reflejan nuevamente todos los marcadores moleculares del endotelio corneal”, aseveró.

Esta parte de la investigación, que duró cerca de dos años, se identifica como sistema de cultivo de dos fases y, en este caso específico, logró la expansión in vitro de células de endotelio corneal, mas puede utilizarse en terapia celular regenerativa o ingeniería de tejidos u órganos en general, razón por la que, en 2014, el grupo de oftalmología y ciencias visuales del Tecnológico de Monterrey se hizo acreedor al reconocimiento que desde 1984 otorga la empresa farmacéutica Roche de México a los mejores trabajos de investigación clínica del país, con el aval de la Fundación Mexicana para la Salud (Funsalud): el Premio de Investigación Médica Rosenkranz, denominado así en honor al doctor Jorge Rosenkranz, de 98 años y origen húngaro, químico e investigador radicado en México hace más de 60 años, cuya especialidad son los esteroides.

Premio Bienal de Oftalmología 2016

Posterior al sistema de cultivo de dos fases, el proyecto de regeneración celular continuó con el desarrollo de biomateriales y el establecimiento de un modelo preclínico adecuado. Debido a que a muchos de los pequeños mamíferos empleados en los laboratorios se les renueva el endotelio, no todos son aptos para trabajar con ingeniería de tejidos enfocada en la córnea, puesto que al obtener un resultado favorable se desconocería si este es a causa de la naturaleza propia del animal o por las células trasplantadas. De ahí la necesidad de trabajar con un modelo preclínico más apropiado, enunció la doctora Judith Zavala.

 

 

 

 

“Que exista una persona ciega representa una tragedia, diez personas ciegas, un desastre; más cuando se trata de miles o millones de personas ciegas, la consecuencia es una repercusión social grave”.

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“Independientemente de que son animales muy dóciles para trabajar, los ojos de los conejos tienen características muy similares a las del ojo humano; por ello nos dimos a la tarea de investigar con conejos de diferentes edades. Los reportes científicos que indican no utilizar lagomorfos para este tipo de pruebas, lo disponen así por el peso, mas no por la edad. Por lo tanto, probamos con conejos de tres, seis, 12 y 18 meses de edad, dándonos cuenta que a partir de los 12 meses y en adelante, su endotelio, al igual que en los humanos, deja de regenerarse”, detalló la investigadora.

Una vez definido el modelo animal, el equipo de investigación probó si los biomateriales que idearon servían como andamio —a través de una especie de lente de contacto— para sostener las células proliferadas in vitro y así poder trasplantarlas después. El resultado de este andamio biocompatible, más las células, originó lo que los investigadores describen como córnea artificial biocompatible.

La biocompatibilidad estriba en la carencia de inflamación, opacidad o cualquier otra respuesta indeseada, así como en la eficaz adherencia al tejido. Característica que fue posible gracias a la colaboración que se tuvo con el Centro Transnacional de Ingeniería de Tejidos (TTEC, siglas de Translational Tissue Engineering Center) de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Estados Unidos, en donde elaboraron una membrana a base de colágeno mediante el tratamiento conocido como vitrificación —que consiste en dar a algo la apariencia de vidrio— lo cual le da el nombre de colágeno vitrigel.

Si bien la membrana se desarrolló en el TTEC, allí la probaron in vitro y en el Tecnológico de Monterrey por primera vez se hizo in vivo, es decir con el modelo animal, relató la doctora Zavala Arcos.

“Al trasplantar a los ojos de un conejo adulto la membrana de colágeno vitrigel, cuyas propiedades mecánicas y claridad óptica permitieron que la córnea del conejo permaneciera clara, se mantuviera adherida y fuera fácil de manipular quirúrgicamente, se obtuvieron todas las características deseables que hemos estado buscando”.

Gracias a la biocompatibilidad de la membrana y al modelo preclínico, la investigación también ganó el Premio Bienal de Oftalmología 2016 por su contribución técnica y científica, objetividad, importancia, oportunidad, originalidad, pero sobre todo su aplicación del método científico.

Esta segunda distinción la otorgan la Coordinación de la Investigación Científica (CIC) y el Programa Universitario de Investigación en Salud (PUIS) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM); en colaboración con las asociaciones civiles o fundaciones de asistencia privada como la Sociedad Mexicana de Oftalmología (SMO), el Consejo Mexicano de Oftalmología (CMO), la Unidad Oftalmológica de Alta Especialidad Pablo Jiménez Camarena, el Hospital Nuestra Señora de la Luz, la Asociación para Evitar la Ceguera en México (Apec) cuyo hospital “Dr. Luis Sánchez Bulnes”, al igual que el Instituto Conde de Valenciana pertenecen al Registro Nacional de Instituciones y Empresas Científicas y Tecnológicas (Reniecyt).

Hacia el futuro

El proyecto de regeneración celular por medio de córneas artificiales biocompatibles ha ido avanzando por etapas y hasta el momento cada una por separado ya cuenta con la aprobación respectiva. El siguiente paso para transpolarlo a los humanos es juntar el cultivo celular, el biomaterial y el modelo preclínico que de manera independiente han arrojado resultados muy alentadores.

“El tiempo estimado para estar en condiciones de implementar este desarrollo en pacientes aún es muy incierto por lo riguroso de los criterios de inclusión, exclusión, más todo el camino que debe recorrerse antes de que algunos voluntarios participen en las pruebas correspondientes”, concluyó la doctora Judith Zavala Arcos.

 

 


judith.zavala@itesm.mx

jorge.valdez@itesm.mx 

vtrevino@itesm.mx 

 

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