Órganos Artificiales

 

Órganos Artificiales 

José Armando Choque Guzmán.  Noviembre 2018. 2018.  Univalle. Ing. Biomedica Biología Celular y Molecular  

 

 

Prefacio

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En este documento veremos todos los tipos de órganos artificiales sus características mas  principales y las innovaciones tecnológicas que se hacen para lograr tener unos órganos artificiales mucho mas avanzados, para lograr tenerlos se deben tener muchas características  biológicas y tecnológicas, ya que un órgano artificial debe ser exclusivo para una persona y debe tener mucha similitud con las células de la persona, p ersona, por esta razón es muy complicado hacer órganos artificiales, pero se hacen avances en la ciencia tan grandes que es posible muy pronto llegar a hacer órganos muy complicados como un corazón o riñones.

 

 

Tabla de Contenidos Capítulo 1 Introducción e información general .................................................................. ...................................................... ............ 1  Título 2 ........................................................................... ................................................. .......................... Error! Bookmark not defined.  Título 2 ........................................................................... ................................................. .......................... Error! Bookmark not defined.  Título 3. ...................................................................... ..................................................... ................. Error! Bookmark not defined.  Título 3. ...................................................................... ..................................................... ................. Error! Bookmark not defined.  Capítulo 2 Figuras y tablas ............................................... Error! Bookmark not defined.  Título 2 ........................................................................... ................................................. .......................... Error! Bookmark not defined.  Título 3. ...................................................................... ..................................................... ................. Error! Bookmark not defined.  Título 3. ...................................................................... ..................................................... ................. Error! Bookmark not defined.  Capítulo 4 Resultados y discussion................................... Error! Bookmark not defined.  List of References ............................................................................................................. 16  Apéndice ........................................................................................................................... 17  Vita........................................................................................................ .................................................... ................................................................................ ............................ 18  

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Introducción e información general

1.-Definición de Órganos Artificiales.Un órgano artificial es un dispositivo artificial que se implanta se  implanta o integra en un ser humano para sustituir el órgano de una persona, con el propósito de restaurar una función específica o un grupo de funciones relacionadas, con lo que el paciente puede regresar a una vida tan normal como sea posible. La función de sustitución no necesariamente tiene que estar relacionada con el apoyo el apoyo vital. vital.   Esta definición implica el hecho de que el dispositivo no debe estar continuamente conectados a una fuente de energía, o de otros recursos recu rsos fijos, como los filtros o las unidades de procesamiento. Así, una máquina de diálisis, de diálisis, aunque  aunque es un dispositivo de soporte vital muy exitoso y críticamente importante que reemplaza por completo las funciones de un riñón, un riñón, no  no es un órgano artificial. En este momento no hay disponible un riñón artificial eficiente y autocontenido, son utilizados para mejorar o curar enfermedades y lograr realizar trasplantes con mayor facilidad, actualmente el tiempo de espera para conseguir un donante es extenso, con estos órganos artificiales se evita la  perdida de muchas vidas en el proceso de espera.  espera. 

1.1.-Principales Objetivos de los Órganos Artificiales ó rganos artificiales para el Los principales objetivos de la creación de los órganos organismo son:

 

   

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Lograr la fusión del hombre y la tecnología para remplazar una función mala del organismo.

 

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Servirá para reemplazar un órgano que ya no sea útil para el organismo debido a su deterioro.

 

Imita el Funcionamiento del órgano dañado.

 

Funciona como salvavidas mientras que consigue un órgano donante.

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Adicionalmente, muchas personas han salvado sus vidas gracias a la implementación de estos órganos artificiales, a pesar de aun no ser un mecanismo que se aplique  permanentemente puede lograr el remplazo de un órgano de una manera totalmente normal.

Aunque ha dado excelentes resultados, el órgano artificial aun no ha dado las bases suficientes para asegurar que su implante sea exitoso, aun requiere demasiada investigación para lograr que se utilice como el remplazo permanente de un órgano, por este motivo día a día los científicos siguen buscando la manera de lograr su uso  permanente.

2.-Procesos de creación de Organos Artificiales.2.1.- Bioimpresion 3D.La fabricación aditiva, también conocido como la bioimpresión 3D, es una metodología que usa un software de diseño de diseño asistido por computadora (CAD) para  producir modelos físicos en 3D. Con la fabricación aditiva, la impresora lee los datos de un dibujo CAD y establece capas sucesivas de líquido, polvo o material de lámina y de

 

 

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ésta forma construye el modelo a partir de una u na serie de secciones transversales. Estas capas se unen hasta crear la forma final. La principal ventaja de la fabricación aditiva es la habilidad de crear casi cualquier forma compleja complej a o característica geométrica. El tiempo de construcción depende del método específico utilizado, el tamaño y la complejidad del modelo. En la actualidad estas impresoras se utilizan en diversas aéreas. Una de ellas es la medicina, ya que hace posible crear  implantes biomédicos  implantes biomédicos más personalizados, y se ha convertido en un método popular para fabricar piezas dentales y hasta tráqueas artificiales. La bioimpresión 3D, así, surge de la combinación de la biología, la biología, la  la creación de biomateriales de biomateriales y la impresión 3D. -Proceso. El proceso que se lleva a cabo desde la adquisición de imagen hasta la producción de un modelo de prototipo tridimensional consiste en los siguientes 3 pasos: p asos: adquisición de imagen, imagen postprocesamiento y la impresión 3D.

La adquisición de imagen es un paso muy importante en la generación de objetos tridimensionales, ya que la calidad de los objetos depende de la calidad de la información con la que se cuenta o la que se ingresa, esto puede ser a partir de un escáner un escáner o TAC realizado al paciente.

En la imagen postprocesamiento, se utilizan estaciones de trabajo de alto rendimiento equipadas con herramientas de postprocesamiento para p ara trabajar en las imágenes generadas previamente. Las herramientas de postprocesamiento más comunes comune s

 

 

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en la práctica son herramientas de segmentación, visualización, área/volumen, máxima/mínima proyección de intensidad y reformación multiplana. Además, se pueden emplear fórmulas avanzadas de postprocesamiento para imágenes con baja resolución o no mejoradas. Todo esto se lleva a cabo por medio de un programa de diseño asistido por computadora que permite trazar las dimensiones exactas de la pieza que requiere el enfermo. Finalmente, la información se envía a la impresora 3D para su fabricación.

La impresión 3D de la pieza propiamente dicha, que a su vez puede realizarse de dos formas:

La primera, y más avanzada, consiste en fabricar estructuras o andamios compuestos de polímeros biocompatibles que no serán rechazados por el cuerpo y acogerán células capaces de producir la actividad funcional necesaria. Dichas estructuras se repueblan de células en un biorreactor un biorreactor y, una vez insertadas en el cuerpo, van dejando  paso a las células que el propio organismo genera. Tras cumplir su papel como estructura  base, los andamios desaparecen porque son biodegradables. son biodegradables.  

La segunda, y más compleja, consiste en imprimir los órganos capa a capa. En este caso, el material que expulsa la impresora 3D contiene ya el cultivo ce celular lular vivo,  para el que se emplea una sujeción biodegradable llamada biopapel. llamada  biopapel.  

2.2.-Descelurizacion.La descelularización es el proceso usado en ingeniería biomédica para aislar la matriz la matriz extracelular (ECM) de un un tejido  tejido de las células que lo habitan, dejando un andamio de ECM del tejido original, que puede ser utilizado en órganos en órganos artificiales y regeneración tisular. Los trasplantes de órganos de órganos y de tejido tratan una variedad de

 

 

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 problemas médicos, que van desde la insuficiencia multiorgánica hasta la cirugía estética. Una de las mayores limitaciones para trasplante de órganos deriva del rechazo de d e órganos causado por la superficie celular de los anticuerpos en el órgano que se dona. Debido a respuestas inmunes desfavorables, los pacientes de trasplantes tienen que conllevar co nllevar una toma constante de medicamentos inmunosupresivos durante toda su vida. Stephen F. Badylak fue el primero en realizar investigaciones en el proceso de descelularización en el Instituto McGowan de Medicina Regenerativa en la Universidad de Pittsburgh. Este  proceso crea un biomaterial natural para que actúe como andamio para el crecimiento celular, la diferenciación celular y el crecimiento de tejidos. Al recelularizar un andamio de ECM con células propias del paciente, pa ciente, se elimina la respuesta inmunológica adversa. Hoy en día, están disponibles de manera comercial andamios de ECM para una amplia variedad de ingeniería de ingeniería de tejidos.  tejidos.  Con una amplia variedad de tratamientos inductores de descelularización disponible, las combinaciones de tratamientos físicos, químicos físicos, químicos y enzimáticos son monitoreados cuidadosamente para asegurarse de que el andamio ECM mantiene la integridad estructural y química del tejido original. Los científicos usan el andamio ECM adquirido  para reproducir un órgano funcional al introducir células progenitoras o células madre adultas y permiténdoles diferenciarse en el andamio para desarrollarse y convertirse en el tejido deseado. El órgano o tejido producido puede ser trasplantado a un paciente. En contraste con los anticuerpos superficiales de la célula, los componentes bioquímicos componentes bioquímicos del ECM se conservan entre hospederos y así se minimiza mini miza el riesgo de una respuesta inmune hostil. La conservación adecuada de las fibras de la ECM, los factores de crecimiento y

 

 

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otras proteínas es imprescindible para que las células progenitoras puedan diferenciarse en las células adultas adecuadas. El éxito de descelularización varía en función de los componentes y la densidad del tejido aplicado y su origen. Las aplicaciones para el método de decelularización de producir un biomaterial un biomaterial tipo andamio para la regeneración de los tejidos están presentes en tejidos cardiaco, tejidos  cardiaco, cutáneo,  cutáneo, pulmonar,  pulmonar, renal,  renal, entre  entre otros tipos de tejidos. El éxito a nivel de órgano todavía está en los primeras etapas.

2.3.-Cultivacion de Organos.-  Pensar en el cultivo de órganos humanos hasta hace poco tiempo parecía algo imposible, hasta ahora. Los investigadores de la Universidad de Stanford crearon el  primer híbrido en laboratorio entre especies, según publicó National publicó National Geographic. El Geographic. El experimento consistió en introducir células madre humanas en embriones de oveja y obtuvieron como resultado una criatura que es más del 99% oveja, pero también una  pequeña parte humana. Lo conseguido supone el primer e hipotético paso al cultivo de órganos de trasplantes dentro de los animales o de la capacidad de adaptar genéticamente órganos compatibles. La porción humana de los embriones creados en el experimento (antes de que fueran destruidos después de 28 días) fue extremadamente pequeña, pero el simple hecho de que exista es lo que genera un debate y controversia en este campo de investigación. La investigación se basa en experimentos ex perimentos previos realizados por algunos miembros del mismo equipo del biólogo de células madre mad re Hiro Nakauchi, quienes lograron cultivar células humanas dentro de embriones de cerdo en una etapa temprana en el laboratorio,

 

 

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creando híbridos de cerdo y humanos que los investigadores describieron como "quimeras interespecies". Si bien el experimento puede considerarse demasiado extremo, los investigadores explican que podrían podrían proporcionar una solución única para las miles de personas en listas de espera de donaciones de órganos que salvan vidas, la mayoría de los cuales mueren antes de obtener órganos compatibles como pasa con los que provienen de gemelos idénticos que no duran mucho porque con el tiempo el sistema inmune los ataca continuamente. Aunque todavía faltan fases de desarrollo en la investigación, la idea es que los órganos  producidos en estos híbridos podría ser una forma de producir suficiente suministro para para satisfacer la demanda, trasplantando, por ejemplo, un páncreas híbrido de un cerdo o una oveja, a un paciente a punto de morir. Para que el trasplante funcione los investigadores piensan que al menos el 1% de las células del embrión n necesitaría ecesitaría ser humano, lo que significa que estos primeros pasos demostrados en las ovejas son aún muy preliminares. Aumentar la proporción humana en la mezcla de híbridos también aumenta inevitablemente las dudas éticas sobre el tipo de criatura que se está creando, aparentemente, con el único propósito de cosechar sus órganos esenciales. Aunque la única verdad es la realidad: tanto en Estados Unidos como en Argentina cada 10 minutos alguien se agrega a una lista de espera de trasplantes por lo que los investigadores creen que cultivar órganos humanospodría humano spodría ser una solución a este  problema.

 

 

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3.- Organos Artificiales Existentes.-  -Vejiga

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Hace aproximadamente diez años, el doctor Anthony Atala, director del Instituto de Medicina Regenerativa de la Universidad Wake Forest, en EE.UU., creó e implantó  junto con su equipo vejigas artificiales. Para obtener la vejiga, se extrajeron células de los  propios pacientes, que fueron cultivadas y modificadas para poder regenerar ese tejido y  posteriormente volver a implantarlo en el paciente, una vez había crecido el órgano en el laboratorio. El implante de vejiga se ha realizado con éxito en siete pacientes.

-Corazón

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Desde la década de los 80 se han implantado dispositivos artificiales en el corazón el corazón quirúrgicamente. Sin embargo, ningún dispositivo ha sido capaz de sustituir el corazón humano de manera tan eficaz como los corazones biológicos. Recientemente, se han logrado importantes avances con la adición de material biológico a dispositivos artificiales para el corazón. El pasado mes de d e mayo la empresa francesa Carmat an anunció unció el desarrollo de un nuevo corazón artificial que utiliza tejido de bovino en aquellas zonas que tienen contacto directo con la sangre, para evitar así problemas como la coagulación.

-Traquea.-  El principal material usado para la generación de una tráquea artificial es la policaprolactona la policaprolactona (PLC) biodegradable reticular. Se usa el P PLC LC como material para imprimir la estructura de la tráquea artificial con una impresora una  impresora 3D de manera que se

 

  asemeje a una tráquea biológica. Se realizan los cálculos para las medidas específicas de la estructura PLC de acuerdo a la necesidad de la porción po rción de tráquea artificial requerida. La estructura consiste de líneas verticales y horizontales de PLC P LC cuyas funcionalidades son soporte, fuerza y espacio para la adhesión de condrocitos de condrocitos que conforman la tráquea artificial. Para verificar la calidad de la estructura PLC se ejecuta una serie de análisis  para asegurar que las propiedades del material empleado no se hayan perdido durante la impresión 3D.

 

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Espectrofotómetro de transformada de Fourier: Se Fourier: Se analizan los componentes de los carbonos que conforman el PLC de la tráquea artificial para comprobar que la estructura química siga en su estructura correspondiente.

 

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Calorimetría diferencial de barrido: El barrido: El análisis de calorimetría diferencial de barrido examina de manera termoanalítica las propiedades de la estructura de PLC. -Intestinos.-

Ya en 2011, en EE.UU. científicos crearon en el laboratorio un intestino delgado artificial a base de colágeno y células madre. Desde entonces este campo ha avanzado con éxito. El año pasado el investigador sueco Martin Gijs lideró un equipo de trabajo que consiguió crear una miniatura artificial del sistema digestivo para evaluar ev aluar la calidad de los alimentos.

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-Riñon.Se trata de un dispositivo de bioingeniería nanotecnológica que combina un hemofiltro de silicio de alta eficiencia y un biorreactor b iorreactor de células vivas del túb túbulo ulo renal, elementos electrónicos y orgánicos que le confieren una función muy similar al del órgano humano. El nuevo artefacto, que está aún en fase de prueba en humanos, ha tenido hasta ahora resultados cien por cien exitosos y su creación está revolucionando el mundo de la medicina. Tiene un tamaño que permite su implantación en el cuerpo humano y ya está siendo probado en diversas universidades de Estados Unidos.  No obstante, los investigadores siguen encontrando retos a los que enfrentarse: cómo mantener la sangre fluyendo a través del d el dispositivo artificial evitando el proceso de coagulación. En tales dispositivos, como las plaquetas sanguíneas responden a las fuerzas mecánicas, tienen una tendencia natural a coagularse, causando un mal funcionamiento del mismo. Esto puede provocar trombos o émbolos émbol os a distancia con un d desenlace esenlace fatal. Ante este nuevo desafío los cientínficos están valorando el beneficio-riesgo de recibir un tratamiento antiagregante o anticoagulante, que podría disolver los trombos. Representa por tanto una enorme esperanza para todos aquellos que hoy en día esperan la donación de un riñón humano.  

 

 

Capitulo 2 Anexos y Graficos 2.1- Bioimpresión 3D

2.2.-Descerulizacion.-

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2.3.-Cultivacion 2.3.-Cultivaci on de Organos.-

2.4.-Vejiga Artificial

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2.5.-Corazon Artificial.-

2.6.-Traquea Artificial.-

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2.7.-Intestinos Artificiales

2.8.-Riñon.-

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Capitulo 3

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Lista de referencias Andrews, S. Fastqc, (2010). A quality control tool for high throughput sequence data. Augen, J. (2004). Bioinformatics in the post-genomic era: Genome, Genom e, transcriptome,  proteome, and information-based medicine. Addison-Wesley Professional. Blankenberg, D., Kuster, G. V., Coraor, N., Ananda, G., Lazarus, R., Mangan, M., ... & Taylor, J. (2010). Galaxy: a web ‐ based  based genome analysis tool for experimentalists. Current protocols in molecular biology, 19-10. Bolger, A., & Giorgi, F. Trimmomatic: A Flexible Read Trimming Tool for Illumina  NGS Data. URL http://www. usadellab. org/cms/index. php. Giardine, B., Riemer, C., Hardison, R. C., Burhans, R., Elnitski, L., Shah, P., ... &  Nekrutenko, A. (2005). Galaxy: a platform for interactive large-scale genome analysis. Genome research, 15(10), 1451-1455.

 

 

Apéndice Las tablas y figuras pueden ir en el apéndice como se mencionó anteriormente. También es posible usar el apéndice para incluir datos en bruto, instrumentos de investigación y material adicional.

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Vita Acá se incluye una breve biografía del autor de la tesis.

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