La piel bioimpresa cura heridas en cerdos con cicatrices mínimas; los humanos son los siguientes

Nuestra piel es una maravilla natural de la bioingeniería.

El órgano más grande del cuerpo, es un sistema de defensa impermeable que protege contra infecciones. Está repleto de glándulas sudoríparas que nos mantienen frescos en temperaturas elevadas. Puede recibir golpes graves (quemaduras de sol, rasguños y raspaduras, salpicaduras de aceite de cocina y otros accidentes en la vida diaria), pero se regenera rápidamente. Claro, puede haber cicatrices duraderas, pero los signos de daño menor eventualmente desaparecen.

Teniendo en cuenta estas ventajas, no sorprende que los científicos hayan intentado recrear la piel en el laboratorio. La piel artificial podría, por ejemplo, cubrir robots o prótesis para darles la capacidad de “sentir” la temperatura, tocar o incluso curarse cuando están dañados.

También podría ser un salvavidas. Los poderes de autocuración de la piel tienen límites. Las personas que sufren quemaduras graves suelen necesitar un trasplante de piel de otra parte del cuerpo. Si bien es eficaz, el procedimiento es doloroso y aumenta las posibilidades de infección. En algunos casos, es posible que no quede suficiente piel intacta. Un dilema similar acecha a los soldados heridos en batalla o a aquellos con trastornos cutáneos hereditarios.

Recrear todos los superpoderes de la piel es, cuanto menos, difícil. Pero la semana pasada, un equipo de la Universidad Wake Forest dio un gran paso hacia la piel artificial que cura grandes heridas cuando se trasplanta a ratones y cerdos.

El equipo utilizó seis tipos diferentes de células de la piel humana como “tinta” para imprimir piel artificial de tres capas. A diferencia de versiones anteriores, esta piel artificial imita fielmente la estructura de la piel humana.

En estudios de prueba de concepto, el equipo trasplantó la piel a ratones y cerdos con lesiones cutáneas. Los injertos de piel penetraron rápidamente en los vasos sanguíneos de la piel circundante, integrándose en el huésped. También ayudaron a dar forma al colágeno, una proteína esencial para curar heridas y reducir las cicatrices, en una estructura similar a la piel natural.

“Estos resultados muestran que es posible crear piel humana de espesor completo mediante bioingeniería y promueve una curación más rápida y resultados de apariencia más natural”, dijo el autor del estudio, el Dr. Anthony Atala.

Espera… ¿Qué es la piel de espesor total?

A menudo imaginamos la piel como una sábana ajustable que envuelve el cuerpo. Pero bajo el microscopio, es una intrincada obra maestra de bioarquitectura.

O me gusta pensar en ello como un pastel de tres capas.

Each layer has different cell types tailored to their distinctive functions. The top layer is the guardian. A direct link to the outside world, it has cell types that can endure UV light, arid weather, and harmful bacteria. It also houses cells that produce pigmentation. These cells continuously shed when damaged and are replaced to keep the barrier strong.

The middle layer is the bridge. Here, blood vessels and nerve fibers connect the skin to the rest of the body. This layer is packed with cells that produce body hair, sweat, and lubricating oils—the bane of anyone prone to acne. As the widest layer, it’s held tightly together by collagen, which gives the skin its flexibility and strength.

Finally, the deepest skin layer is the “puffy coat.” Made primarily of collagen and fat cells, this layer is a shock absorber that protects the skin from injuries and helps maintain body heat.

Recreating all these structures and functions is incredibly hard. Atala’s solution? Three-dimensional bioprinting.

Skin in the Game

Atala is no stranger to bioprinting.

In 2016, his team developed a tissue-organ printer that can print large tissues of any shape. Using clinical data, the team made computer models to guide the printer when printing various bone structures and muscles. A few years later, they engineered a skin bioprinter that used two cell types—from either the top or middle layer—to directly patch injured skin. Though the skin could close large wounds, it only captured part of natural skin’s complexity.

The new study used six types of human cells as bioink, recreating our skin’s architecture top to bottom. To manufacture the artificial skin, the team used computer software to direct the placement of cells in each layer. Called 3D-extrusion printing, the technology uses air pressure to print highly sophisticated tissues out of a nozzle. It sounds complicated, but it’s a bit like squeezing out icing of different colors to decorate a cake.

As a first step, the team suspended cells in a hydrogel made primarily of a liver-secreted protein. Unlike synthetic materials, this body-produced base increases biocompatibility. The team then printed a 3D skin graft, layer by layer, measuring an inch on each side—a bit bigger than a sugar cube.

The bioprinted skin maintained its three layers for at least 52 days in the lab and developed areas with pigmentation and normal shedding.

Encouraged, the team next tested the artificial skin in mice. All wounds treated with the artificial skin grafts completely healed in two weeks, as opposed to those treated with only the hydrogel or letting the wound heal naturally.

La piel artificial fue especialmente buena para construir la capa protectora superior de la piel, formando estructuras que se asemejaban a la curación natural. También produjo colágeno y, lo que es más importante, lo tejió hasta formar una estructura parecida a una cesta de mimbre similar a la piel humana.

La piel bioimpresa reclutó aún más las células de los vasos sanguíneos de los propios ratones, generando una red de pequeños vasos dentro del injerto. Usando una tinción para rastrear proteínas humanas en el injerto, el equipo encontró que las células trasplantadas estaban integradas con su huésped en la capa media de la piel.

¿Chirriando?

Los ratones tienen una piel más fina que los humanos. La piel de cerdo, por el contrario, es más parecida a la nuestra. En una segunda prueba, el equipo amplió la tecnología de trasplante en cerdos. Aquí, recolectaron cuatro tipos de células de cerdos mediante biopsias (incluidas algunas que forman la capa externa de la piel, el colágeno, los vasos sanguíneos y el tejido graso) y las cultivaron dentro de un biorreactor durante 28 días.

Algunos lotes fallaron. Sin embargo, en promedio, la infusión generó suficientes células para duplicar el tamaño del injerto inicial para una mayor cobertura. El parche de piel artificial resultante tenía aproximadamente el tamaño de la cara de un cubo de Rubik y coincidía con el grosor de la piel del cerdo.

Al igual que los resultados en ratones, los injertos cerraron rápidamente grandes heridas sin el habitual efecto de “fruncimiento” (en el que la piel se contrae como una uva contra una pasa) que provoca cicatrices.

El equipo concluyó que esto probablemente se debe a que el injerto amplificó los genes responsables de la curación de heridas, y algunos también regulan las respuestas inmunes que ayudan a desarrollar nuevos vasos sanguíneos y reducir las cicatrices.

La piel artificial es prometedora, pero todavía está en su infancia. Cuando se injertó en cerdos, no produjo pigmentación de manera confiable, lo que podría resultar preocupante para aquellos con tonos de piel más oscuros. Los injertos tampoco produjeron vello corporal, aunque contenían estructuras para su crecimiento en la biotinta. Si bien puede que no sea lo peor (¡no más afeitado!), los resultados sugieren que todavía hay mucho que aprender.

Para Atala, el esfuerzo vale la pena. “La curación integral de la piel es un desafío clínico importante que afecta a millones de personas en todo el mundo, con opciones limitadas”, dijo. El estudio sugiere que es posible imprimir piel a gran escala para tratar heridas devastadoras en humanos.

Crédito de imagen: una célula de piel normal bajo el microscopio. Torsten Wittmann, Universidad de California, San Francisco (vía NIH/Flickr)