Las enfermedades del corazón, como la cardiopatía isquémica que provocó alrededor de 9.5 millones de muertes, motivaron a investigadores a entender mejor el funcionamiento del órgano humano.
Una de las alternativas con mayor potencial ha sido la biofabricación, al permitir el desarrollo de tejidos cardíacos a partir de células humanas y reproducir algunas de sus funciones en condiciones controladas en el laboratorio.
Milica Radisic, investigadora de la Universidad de Toronto, en Canadá, presentó avances de su equipo en este campo durante la International Conference on Biofabrication 2026, realizada en el Tecnológico de Monterrey.
Radisic ha conseguido desarrollar modelos de tejidos cardíacos en chip que tienen la capacidad de reproducir latidos y estructuras tridimensionales similares a los ventrículos del corazón que pueden contraerse y generar presión.
“Si queremos desarrollar un tejido cardíaco funcional, o incluso un corazón completo, necesitamos crear una estructura de varios centímetros que sea capaz de expulsar líquido”, dijo la investigadora.
Tejidos de corazón en chip que laten en el laboratorio
Sin embargo, reproducir el funcionamiento del corazón humano representa grandes desafíos en la ingeniería de tejidos, debido a lo complejo de la estructura de este músculo y a que requiere coordinar a diferentes tipos de células que cumplen funciones específicas.
Con ese objetivo en mente, el equipo de Radisic desarrolló una plataforma a la que llamaron Biowire, un dispositivo de tipo corazón en chip que permite cultivar células musculares cardíacas, llamadas cardiomiocitos, y estimularlas con impulsos eléctricos para su maduración.
“Usamos un protocolo de estimulación eléctrica de 6 hercios, que era muy intenso y resultó ser un estímulo muy potente para la maduración celular”, explicó la investigadora. “Es casi como un entrenamiento por intervalos. Si vas al gimnasio y te esfuerzas hasta el límite de tu capacidad, desarrollarás músculo. Y eso es lo que hicimos en el laboratorio”.
El equipo también trabajó en el diseño de estructuras tridimensionales semejantes a los ventrículos, las cavidades del corazón que bombean la sangre hacia los pulmones y el resto del cuerpo. Usaron materiales como soporte para organizar las células cardíacas y reproducir la orientación de las fibras musculares que contribuyen a las contracciones y a generar presión mediante un movimiento de torsión.
“¿Por qué es importante este movimiento de torsión del corazón? Porque permite expulsar más sangre del ventrículo. Piensen en cuando intentan sacar el agua de una toalla”, añadió. “¿Simplemente la aprietan o también la retuercen? Eso es exactamente lo que hace nuestro corazón”.
Otro desafío ha sido integrar en su modelo vasos sanguíneos funcionales para los tejidos. Los investigadores decidieron combinar diferentes tipos de células, incluyendo macrófagos, que son parte del sistema inmune y que participan en el mantenimiento y funcionamiento de los tejidos.
Al integrar estas células en sus experimentos, los resultados mostraron que su presencia favoreció la formación de redes vasculares y mejoró la capacidad de contracción.
“Podemos controlar con mucha precisión la estructura de los tejidos, y eso es fundamental, pero también es muy importante contar con las poblaciones celulares adecuadas para reproducir algunas de estas funciones biológicas”, dijo la investigadora.
Aunque sus modelos ya pueden contraerse y generar presión, todavía están lejos de reproducir por completo el funcionamiento de un corazón humano. Sin embargo, sí representan un avance para desarrollar tejidos más complejos y estudiar su comportamiento en condiciones controladas.
De probar medicamentos a estudiar enfermedades del corazón
Los modelos de corazón en chip desarrollados por el equipo también se pueden utilizar para estudiar enfermedades cardíacas y evaluar cómo determinados medicamentos afectan el funcionamiento de este órgano, afirmó Radisic.
Una de las aplicaciones en las que ha trabajado tiene que ver con el estudio de las miocardiopatías, que son enfermedades que afectan el músculo del corazón y pueden alterar su capacidad para bombear la sangre.
“Trabajamos con células de pacientes para reproducir sus enfermedades, como la miocardiopatía hipertrófica y la miocardiopatía dilatada”, explicó. La primera provoca un engrosamiento anormal del músculo, mientras que la segunda debilita su capacidad de contracción.
El estudio consistió en tomar células de pacientes e identificar las mutaciones asociadas a sus enfermedades. Luego, se corrigieron las alteraciones mediante herramientas de edición genética y se desarrollaron modelos de tejidos cardíacos sanos y enfermos para hacer comparaciones.
A partir de estos modelos, el equipo se centró en evaluar cómo responde el tejido a diferentes sustancias, incluyendo medicamentos, para identificar posibles efectos adversos en el tejido cardíaco, como arritmias y otras alteraciones.
“Esto es relevante para las pruebas de seguridad; hay efectos que son prácticamente imposibles de detectar en modelos de ratones o ratas, porque estos animales no dependen de ese canal iónico para regular la actividad eléctrica del corazón”, explicó.
Estudian por qué el cáncer rara vez llega al corazón
Radisic ha llevado la investigación de sus modelos de tejido cardíaco más allá de entender las enfermedades del corazón y analizar los efectos de medicamentos. La investigadora compartió un estudio enfocado en identificar por qué la propagación del cáncer es menos frecuente en este órgano en comparación con otros.
“Siempre hago esta pregunta: ¿Cuántos conocen a alguien que haya muerto por metástasis en el corazón? Nadie, a veces una persona. Pero si es sobre las metástasis en el hígado o en los huesos, muchas personas levantarán la mano. Entonces, ¿qué está pasando?”, dijo la investigadora a los asistentes. “¿Cuál es el escudo oculto del corazón contra el cáncer?”
El equipo desarrolló un sistema de órganos en chip que conectaba células de cáncer de mama con tejidos del hígado y del corazón para observar cómo se comportan las células cancerosas al interactuar con ambos.
Los resultados mostraron que las células cancerosas invadían el tejido hepático, mientras que su presencia en el tejido cardíaco era considerablemente menor. Además, los investigadores observaron que determinadas sustancias liberadas por las células cardíacas parecían dificultar la migración de las células cancerosas.
También se hicieron análisis genéticos y de proteínas que ayudaron a identificar posibles mecanismos involucrados en este efecto, incluida la participación de una proteína llamada ADAMTS9.
“Observamos que ADAMTS9, que es un supresor tumoral, aumentaba considerablemente su expresión en las células cancerosas cuando estaban expuestas a sustancias liberadas por el tejido cardíaco y en presencia del propio tejido”, explicó. “Descubrimos que, si reducíamos su expresión, perdíamos esta protección”.
IA y robótica para desarrollar tejidos cardíacos
Rumbo al cierre de su ponencia, Radisic presentó avances en el uso de inteligencia artificial (IA) y robótica para mejorar la fabricación de tejidos humanos. Su equipo usa herramientas de aprendizaje automático para analizar múltiples combinaciones de células y materiales para identificar las condiciones más adecuadas para fabricar tejidos funcionales.
También presentó sistemas robóticos capaces de realizar tareas de manera automatizada y con mayor precisión, como manipular cultivos celulares y colocar pequeños tejidos en posiciones específicas. Su equipo ya ha logrado utilizar robots para ensamblar estructuras de tejidos cardíacos y vasos sanguíneos, y fabricar modelos de ventrículos.
“Mediante la robótica, buscamos automatizar, miniaturizar o aumentar la capacidad de producción tanto de sistemas de órganos en chip como de modelos funcionales de órganos para el descubrimiento de medicamentos”, dijo. “Ese futuro todavía está muy lejos, pero saben que el cultivo celular es una de las partes más laboriosas del trabajo de laboratorio. Sería maravilloso que algunas de estas tareas se pudieran automatizar”.
