En busca del corazón artificial

La creación de estos corazones, o de sus partes, mediante ingeniería de tejidos beneficiaría a pacientes de todo el mundo, incluyendo adultos que sufren insuficiencia cardiaca o infarto de miocardio pero también recién nacidos con defectos cardiacos congénitos.

El objetivo principal de Marcos Latorre será desarrollar, desde los laboratorios del Centro de Investigación e Innovación en Bioingeniería (Ci2B) de la UPV, una nueva generación de ventrículos bioartificiales que sean capaces de adaptarse al crecimiento natural del paciente, evitando problemas de sobrecrecimiento somático.

«Recientemente se han logrado crear ventrículos bioartificiales capaces de generar función cardiaca, si bien no se remodelan, regeneran ni crecen con el tiempo. Esta limitación llevaría a un sobrecrecimiento relativo de las otras partes del corazón y órganos y, finalmente, a una insuficiencia o fallo cardiaco, invalidando así las principales ventajas de esta potencial solución terapéutica», explica Latorre.

«G-CYBERHEART quiere ir un paso más allá y avanzar en el desarrollo de esa nueva generación de ventrículos bioartificiales que evite estos problemas. Por supuesto, éste es sólo uno de otros tantos desafíos científicos y tecnológicos que quedan por superar para conseguir funcionalidad cardiaca completa, de por vida y con efectos secundarios mínimos o nulos. Mi intención con esta Starting Grant es ir abriendo camino», añade.

La estrategia de investigación, diferente a todo lo realizado hasta ahora en este campo, se centrará en integrar experimentos in vitro y simulaciones computacionales in silico, para conseguir describir y predecir cómo estas estructuras vivas se adaptarían a múltiples cambios combinados en condiciones hemodinámicas y electromecánicas.

El equipo del investigador bioimprimirá ventrículos de tamaño reducido en 3D usando hidrogeles biológicos (biotintas), incluyendo células madre pluripotentes inducidas (iPSCs), que luego se diferenciarán in situ en diferentes células cardiacas de interés, controlando su maduración y síntesis de nuevo tejido en biorreactores dinámicos adaptados para tal fin.

En la parte computacional del proyecto se simularán las diferentes contribuciones de los componentes bioimpresos (biotinta y células) y los nuevamente formados (como fibras de colágeno) al crecimiento de la pared ventricular, para así predecir y optimizar su evolución en los bioreactores.

«Al combinar estas técnicas experimentales y métodos computacionales basados en novedosos modelos teóricos esperamos potenciar tanto la función cardiaca como el crecimiento de estos ventrículos bioartificiales, lo que tendría un impacto considerable en este campo, allanando el camino para estudios no tan lejanos en animales y, por qué no, ensayos clínicos a más largo plazo en humanos, acelerando, en última instancia, el desarrollo del corazón bioartificial y funcional del futuro», destaca.

Marcos Latorre (Albalat de la Ribera, 38 años) es ingeniero aeronáutico por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Tras una corta incursión en el sector privado, se doctoró en el citado centro en mecánica computacional de sólidos (en particular, de tejidos blandos como la piel o las paredes arteriales) bajo la dirección de Francisco Javier Montáns, introduciéndose así en el campo de la biomecánica.

Latorre se especializó en crecimiento y remodelación de tejido cardiovascular durante su estancia postdoctoral en la Universidad de Yale. Allí, además, amplió sus competencias biomédicas, adquiriendo conocimientos sobre biología cardiovascular y técnicas experimentales. Dicha estancia le atrajo definitivamente hacia el campo de la mecánica de sólidos y dinámica de fluidos cardiacas con un claro enfoque hacia la mecanobiología y la ingeniería tisular.

En la actualidad sigue colaborando con grupos de Yale y Stanford en la optimización computacional del diseño de injertos vasculares regenerativos para la reconstrucción externa de corazones de recién nacidos mediante cirugía de Fontan, los cuales se encuentran en fase de ensayo clínico.

«Terminé mi estancia de cinco años en Yale a finales de 2021 y he regresado a España con una Ayuda María Zambrano para la atracción de talento internacional para colaborar con grupos del Ci2B, expertos en distintas áreas de ingeniería biomédica con aplicación en el campo cardiaco. G-CYBERHEART arrancará el próximo mes de septiembre y en él trabajaré hasta 2027 con mi nuevo equipo y laboratorio en el Ci2B. Tras muchos años desde que dejé Valencia para irme a Madrid y luego a Estados Unidos mi intención es quedarme en España y afianzar mi carrera docente e investigadora en la UPV», apunta Latorre.

Este proyecto del ERC constituye el lanzamiento de su carrera independiente, centrándose a corto plazo en la bioimpresión 3D de estructuras cardiacas y la descripción computacional de su respuesta regenerativa, pero que ampliará a medio y largo plazo, colaborando con otros centros de investigación, empresas y hospitales «para incorporar muchos otros aspectos de la ingeniería, la biología y las ciencias de la salud que son necesarios para entender y diseñar una estructura tan compleja como es el corazón», concluye el investigador.