Ingenieros del MIT lograron cultivar con éxito vasos sanguíneos artificiales

La creación de tejidos y órganos funcionales representa uno de los retos más complejos de la medicina actual. Aunque los avances científicos ya han permitido desarrollar en laboratorio tejidos como piel, músculo e incluso modelos artificiales de órganos como hígado y riñón, reproducir la intrincada red de vasos sanguíneos necesaria para mantenerlos vivos seguía siendo una de las principales limitaciones.

Recientemente, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) lograron un avance significativo al desarrollar una técnica capaz de controlar la formación de capilares y vasos sanguíneos mediante la aplicación precisa de estímulos mecánicos en modelos de “vasos sanguíneos en chip”. Este descubrimiento podría modificar la forma en que se diseñan tejidos artificiales destinados a la medicina regenerativa.

El estudio, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences y dirigido por Ritu Raman junto con investigadores del MIT y Harvard, demostró que es posible modificar la dirección, cantidad y estructura de vasos sanguíneos creados artificialmente mediante pequeños movimientos y estiramientos controlados de arterias humanas cultivadas en dispositivos de laboratorio.

La clave del hallazgo fue la aplicación de fuerzas mecánicas específicas, capaces de activar respuestas genéticas y moleculares en las células endoteliales, que son las encargadas de formar y mantener los vasos sanguíneos.

Cómo el movimiento puede controlar la formación de vasos sanguíneos

El experimento utilizó un dispositivo microscópico similar al tamaño de un sello postal, diseñado para imitar un vaso sanguíneo humano. Los científicos fabricaron un canal hueco recubierto con células endoteliales vivas y lo colocaron dentro de una matriz de colágeno que contenía un pequeño imán.

Gracias a una plataforma automatizada, los investigadores pudieron mover el imán desde el exterior y aplicar fuerzas mecánicas controladas sobre el tejido, modificando la dirección, intensidad y frecuencia del estiramiento.

Según Ritu Raman, los tejidos sanos necesitan redes vasculares organizadas para funcionar correctamente, pero los métodos actuales todavía tienen dificultades para crear estas estructuras complejas dentro de tejidos artificiales.

Los investigadores señalaron que la capacidad de dirigir el crecimiento vascular mediante señales físicas podría permitir fabricar tejidos artificiales más reproducibles, escalables y con mayor posibilidad de implantación en pacientes que necesiten recuperar funciones perdidas por enfermedades o lesiones.

La fuerza mecánica permitió controlar la forma de los nuevos vasos

Durante las pruebas, los científicos observaron que estirar y relajar suavemente el vaso principal aumentaba la aparición de nuevos capilares y también permitía controlar su orientación y extensión.

Cuando aplicaron una deformación dinámica equivalente al 5% del ancho del canal, se generaron más ramificaciones capilares y una red más densa. En cambio, con una deformación del 15%, aparecieron menos vasos, pero estos eran más largos y desarrollados.

Además, al modificar la dirección de la fuerza aplicada, los investigadores lograron cambiar la trayectoria de crecimiento de los vasos, generando patrones de ramificación más complejos y previamente definidos.

El estímulo mecánico no solo favoreció la angiogénesis —el proceso mediante el cual se forman nuevos vasos sanguíneos—, sino que también mejoró la función de barrera de las células endoteliales, disminuyendo el paso excesivo de moléculas a través de las paredes vasculares.

Los vasos creados conservaron una estructura similar a la natural, con una cavidad interna funcional conectada al canal principal y manteniendo dimensiones propias de los capilares. Cerca del 70% de las nuevas ramificaciones cambiaron su dirección en respuesta a modificaciones en el estiramiento aplicado, demostrando un alto nivel de control espacial y temporal.

Una alternativa frente a las limitaciones de métodos tradicionales

Hasta ahora, una de las estrategias más utilizadas para estimular la formación de vasos era incorporar sustancias químicas como el factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF). Sin embargo, estos factores pueden dispersarse rápidamente y generar redes desorganizadas, poco similares a las estructuras vasculares naturales.

Por otro lado, técnicas como la impresión 3D y la microfabricación permiten crear vasos grandes con geometrías precisas, pero tienen dificultades para reproducir las pequeñas ramificaciones jerárquicas características de los capilares humanos.

El nuevo enfoque basado en fuerzas mecánicas ofrece una ventaja importante: permite controlar de manera precisa y reversible cómo se forman los vasos sanguíneos sin depender únicamente de señales químicas.

PIEZO1: el sensor celular que detecta las fuerzas mecánicas

Uno de los descubrimientos más importantes del estudio fue identificar el papel del canal iónico PIEZO1, una proteína que funciona como un sensor capaz de detectar cambios físicos como el estiramiento celular.

PIEZO1 participa en diversos procesos del organismo. En los glóbulos rojos, regula el equilibrio de calcio y agua dentro de la célula, influyendo en enfermedades como la anemia falciforme y en mecanismos relacionados con la formación de coágulos.

En los vasos sanguíneos, este sensor permite que las células interpreten fuerzas como la presión y el flujo de sangre, transformándolas en señales que regulan el crecimiento vascular, el tono de los vasos y la creación de nuevas redes capilares.

Los investigadores comprobaron que al bloquear experimentalmente PIEZO1 en células endoteliales, la formación de nuevos vasos inducida por estímulos mecánicos disminuyó considerablemente, confirmando que esta proteína es fundamental para este proceso.

Cambios genéticos provocados por la estimulación mecánica

El análisis molecular mostró que las células sometidas a fuerzas controladas aumentaron la actividad de genes relacionados con la formación de vasos sanguíneos, la reorganización de la matriz extracelular y la estabilidad de las barreras celulares.

También se activaron procesos relacionados con la migración celular, elongación y organización vascular, mientras que disminuyeron mecanismos asociados con pérdida de función celular y aumento de permeabilidad.

Esto indica que las células no solo responden físicamente al movimiento, sino que adaptan su comportamiento mediante cambios profundos en su actividad genética.

Posibles aplicaciones médicas futuras

La plataforma desarrollada por el MIT permite modificar y revertir patrones de formación vascular en modelos tridimensionales y a lo largo del tiempo, lo que abre nuevas oportunidades para la bioingeniería.

Entre sus posibles aplicaciones se encuentran:

Fabricación de tejidos artificiales con vasos sanguíneos funcionales para trasplantes y medicina regenerativa. Desarrollo de modelos de laboratorio para estudiar enfermedades vasculares como tumores y fibrosis. Investigación del papel de PIEZO1 en enfermedades relacionadas con la sangre y los vasos linfáticos. Diseño de órganos artificiales más parecidos a los tejidos humanos reales.

Además, esta tecnología podría combinarse en el futuro con otros tipos celulares y sistemas que permitan mantener circulación de líquidos dentro de los tejidos, aumentando la complejidad y funcionalidad de los órganos creados en laboratorio.

Un nuevo camino hacia órganos artificiales funcionales

El trabajo del MIT demuestra que la física y el movimiento tienen un papel esencial en la construcción de tejidos vivos. La idea de que las fuerzas mecánicas pueden dirigir procesos biológicos cambia la forma tradicional de pensar la ingeniería de órganos.

El siguiente desafío será incorporar estos avances en sistemas más avanzados que integren vasos sanguíneos, circulación y modelos de enfermedades, con el objetivo de acercar la creación de órganos artificiales funcionales y tratamientos personalizados a la práctica médica.

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