INTRODUCCIÓ

Una realitat interconnectada i plural

Víctor Jiménez Martínez

Quan parlem de ciència ens imaginem aquell concepte abstracte i apersonal que ens omple la boca amb un aire quasi místic. Però res més allunyat de la realitat: la ciència és un concepte del tot terrenal i humà. De fet, la podem definir com una activitat social amb què pretenem respondre preguntes i resoldre problemes referents al funcionament de la realitat. Com tota activitat social, va acompanyada de certes estructures i organitzacions que vetllen pel seu desenvolupament i s’erigeixen en un potent altaveu per respondre tota mena de qüestions amb el fonament que articula el nostre coneixement.

La realitat que ens envolta és plena de fenòmens que amaguen grans incògnites, des de per què patim certes malalties o quin és l’origen de l’Univers i de les espècies, fins a les vivències més quotidianes com per què els objectes es mouen com es mouen o com ens orientem en l’espai. Meravellats de l’experiència que vivim, ens fem preguntes que només nosaltres mateixos podem respondre.

Així, com si el coneixement científic fos una construcció, ens trobem davant d’un edifici amb una façana d’una simplicitat preciosa que amaga una estructura d’allò més profunda. Ho vulguem o no, l’activitat científica implica tota una sèrie d’assumpcions que, com pilars, ens donen el suport per seguir construint mentre ens enfrontem als temuts interrogants. Assumim, així, la idea que el món és una realitat objectiva i independent de la nostra percepció (hi ha un món fora del nostre cap!) i que és material, físic, si volem. És clar, si no fos d’aquesta manera, costaria d’acceptar que es pot estudiar i explicar a través de mètodes empírics i lògics. I on quedaria la ciència?

El món, doncs, és material. És a dir, que està fet de matèria. I què és la matèria? Podem definir-la com l’element bàsic que conforma tot allò que existeix. Des dels grans de sorra fins a les estrelles, els éssers vius, l’aire o la llum, tots els objectes que percebem directament o indirectament estan fets de matèria. També podríem dir que la matèria és una entitat dinàmica. És a dir, sempre està en constant moviment i interconnectada mitjançant interaccions i relacions de tota mena. Segur que algun cop has sentit a parlar dels estats sòlid, líquid i gasós. Doncs bé, això és perquè la matèria s’organitza en diferents nivells de complexitat, en què, més enllà de la classificació «sòlid, líquid, gas», trobem estructures que van des de les partícules subatòmiques i els àtoms fins a les ones electromagnètiques, passant per les molècules, cèl·lules, organismes, ecosistemes, societats i un llarg etcètera. Vivim en un món material on aquests canvis constants i les interaccions de les seves parts regnen per donar lloc a tots els fenòmens descrits i per descriure.

És per això que la ciència és una eina fonamental per explicar els fenòmens naturals en els termes de la matèria i les seves interaccions. A través de l’observació, experimentació, formulació de teories i contrastacions empíriques, busquem comprendre els processos naturals en forma de lleis físiques, químiques, biològiques, etc. Això no només ens permet comprendre el món que habitem, sinó que deriva en una aplicació que ens permet desenvolupar tecnologies, millorar la salut i qualitat de vida, resoldre problemes ambientals i socials... Ens dona un poder transformador sobre el món.

Per tant, una cosa queda clara: la realitat no es pot entendre de manera aïllada, sinó que l’hem d’abordar considerant les relacions i interaccions de la matèria. Aquesta visió implica la comprensió del global a través de les diverses parts, on hi tenen un paper des de les ciències socials fins a les ciències naturals.

Perquè, superant aquell concepte de la Ciència, ens trobem que és necessari reconèixer la seva pluralitat. Les ciències són plurals i cadascuna aporta una perspectiva única per comprendre la diversitat dels sistemes que conformen el món. Cap ciència única, per si sola, pot donar una explicació completa i exhaustiva de tots els fenòmens naturals. Podem explicar un fenomen biològic amb l’ajuda de la física o la química, però mai el podrem reduir només a física o química. És només integrant les diverses visions i els diferents mètodes que podem obtenir un coneixement més global, tenint en compte la xarxa de sistemes que interactuen constantment per donar lloc a aquesta bonica realitat.

És ben fàcil d’il·lustrar aquest caràcter plural i interdisciplinari amb una gran varietat de temes que ens toquen de més o menys lluny. Fa més de cinquanta anys que la comunitat científica estudia i adverteix del canvi climàtic. I aquest canvi climàtic no comporta una simple pujada de la temperatura, sinó tota una intricada xarxa de fenòmens atmosfèrics, ecològics, geològics, biològics i socials que ens empenyen a integrar una infinitat de branques del coneixement. Amb esforços gegantins, intentem comprendre els efectes d’aquesta obra humana sobre el nostre planeta i el seu futur.

Les ciències ens permeten meravellar-nos de totes aquestes coses —petites i grans— en un món on l’experiència humana és de vegades asfixiant i aclaparadora. Petites preguntes amaguen grans veritats, i per això aquest llibre et porta de bracet a través de diversos fenòmens i problemes per mostrar com, tot i estar aparentment separats d’entrada, formen una xarxa que es nodreix dels punts d’unió. Cada capítol és una explicació propera i detallada d’una persona entesa en el tema professionalment. És amb aquesta empremta personal que podràs veure la diversitat de branques d’aquest arbre tan frondós i, alhora, tots els punts d’unió que les connecten. Això, amb l’objectiu de comunicar i fer entendre un món que no ens ha de resultar estrany, sinó familiar; perquè el coneixement deixa de tenir sentit si no es comparteix.

1

Es poden generar òrgans al laboratori?

Ferran Velasco Mallorquí

L’enginyeria de teixits i la medicina regenerativa són línies de la investigació biomèdica que ens permeten generar teixits i miniòrgans al laboratori. Al llarg d’aquest capítol explicarem com es poden generar aquests miniòrgans al laboratori, per a què s’utilitzen, i en veurem algun exemple, començant per la bufeta generada pel doctor Atala, fins a arribar als organoides generats avui en dia.

En un món cada dia més globalitzat, la ciència té molts reptes per afrontar. Un dels camps més importants i on es destinen més recursos és el de la recerca biomèdica, que pretén donar resposta a reptes com evitar malalties, diagnosticar-les, tractar-les i fins i tot curar-les. L’exemple més clar i evident és la lluita contra el càncer, una malaltia amb molta prevalença i molt individualitzada que complica força la possibilitat de trobar solucions globals. Aquí és on apareix una potencial solució que inclou una gran varietat de reptes més petits: la medicina personalitzada. És a dir, com tractar cada malaltia de manera individualitzada per a cada pacient.

En camps com aquests la investigació biomèdica hi té molt a dir: des de l’ús de biosensors o intel·ligència artificial per detectar malalties precoçment fins a tractaments amb cèl·lules mare o l’edició genètica. Però ara tampoc us vull avançar informació. Molts d’aquests conceptes, entre d’altres, els podreu anar llegint al llarg del llibre.

En aquest capítol parlarem d’una altra aproximació que té la recerca biomèdica per posar fil a l’agulla en tots aquests reptes que hem esmentat: l’enginyeria de teixits i la medicina regenerativa. Formulat d’una altra manera: és possible generar òrgans al laboratori? Com diu aquell famós periodista de crònica negra, posem llum a la foscor.

L’enginyeria de teixits i la medicina regenerativa

Un òrgan és un conjunt de teixits que, agrupats, fan unes funcions determinades. Cada teixit està caracteritzat per un o diversos tipus de cèl·lules que estan altament organitzades, fan una funció comuna i tenen el seu propi entorn, l’anomenada matriu extracel·lular. Així, un òrgan pot estar format per diversos teixits, i cada teixit, per uns quants tipus de cèl·lules. Aquesta jerarquia estructural fa que cada òrgan sigui diferent i tingui les seves propietats. Per exemple, el múscul necessita estar molt alineat per poder contraure’s correctament, però aquesta no és una propietat rellevant per al ronyó o per al pàncrees.

La finalitat de l’enginyeria de teixits és generar òrgans al laboratori per estudiar-los. Simular com es desenvolupa un òrgan durant la gestació, estudiar com interactuen les cèl·lules que formen un òrgan, replicar com aquest òrgan interactua amb d’altres o com es degeneren a causa de certes malalties en són només alguns exemples. Però no només es poden estudiar, també es poden crear petits pedaços de teixit per trasplantar-los a un pacient i així millorar la seva qualitat de vida. Un exemple amb molt de potencial serien els pedaços de pell o de teixit cardíac. Però encara podem anar una mica més lluny. Imagineu-vos agafar cèl·lules d’un pacient i generar un òrgan genèticament idèntic al seu per estudiar, fora del seu cos, quin tractament li podria funcionar millor. O, per què no?, trasplantar-l’hi per suprimir el mal funcionament d’aquest òrgan. I tot això per a cada pacient individual! Totes aquestes aplicacions potencials podrien solucionar infinitat de problemes, alhora que aporten molts altres beneficis com reduir el testatge amb animals, minimitzar costos i temps per al desenvolupament de nous fàrmacs o reduir el temps d’espera per a certs pacients que necessiten un trasplantament. Les possibilitats són múltiples!

Però parem el carro, que tampoc es tracta de fer volar coloms! Actualment estem bastant lluny de poder crear un òrgan al laboratori. L’enginyeria de teixits té moltes limitacions. Crear un òrgan tan gros com un fetge o un ronyó és molt complicat: el nombre i la varietat de cèl·lules que es necessitarien és extremament alt, i organitzar-les totes perquè facin la seva funció correctament i assegurar-ne la supervivència en entorns no idíl·lics com el laboratori, ara per ara, és impossible. A més, cal recordar que les cèl·lules són éssers vius, i per elles soles són capaces de formar estructures o fer determinades funcions, però també són capaces de fer tot el contrari, actuar anàrquicament o mutar i, al capdavall, no acabar fent la seva funció de manera òptima. I tot això sense tenir en compte que si volem fer òrgans a mida real els caldran venes i artèries, perquè les cèl·lules necessiten nutrients i oxigen per viure, i si no poden obtenir aquests recursos per cap via, moriran i, per tant, el nostre òrgan generat al laboratori no tindrà un final feliç. Tot un món nou que ja s’està estudiant, però que també té els seus grans reptes.

Tot i això, de la mateixa manera que us he dit que encara estem molt lluny de generar un fetge al laboratori, també heu de saber que en els darrers anys s’han fet progressos molt grans en aquest camp. Abans de l’aparició de l’enginyeria de teixits, els cultius cel·lulars, que és com s’anomena la tècnica per poder tenir i estudiar cèl·lules al laboratori, es feien en una placa de vidre o plàstic. Amb aquest mètode les cèl·lules eren capaces d’interactuar entre elles, però formant una estructura que només tenia dues dimensions, és a dir, una fina capa de cèl·lules. Podien relacionar-se amb les seves companyes del costat, però a sota tenien una superfície plana i dura, i a sobre, res de res. Com us podeu imaginar, això no s’assembla ni de lluny a un òrgan. Per solucionar aquesta manca de similitud, els doctors Vacanti i Langer van assolir una fita que no s’havia aconseguit fins llavors i que, podríem dir, va ser l’inici de l’enginyeria de teixits.

Tal com hem comentat, les cèl·lules i els teixits que formen un òrgan tenen la seva matriu extracel·lular, que no només els dota de l’entorn ideal per dur a terme les seves funcions, sinó que també actua com a estructura per poder donar la forma i la consistència que té cada òrgan. El que van fer Vacanti i Langer l’any 1991 va ser cultivar les cèl·lules en un entorn tridimensional. És a dir, donar volum a l’estructura. Aquesta estructura és el que avui en dia s’anomena bastida (scaffold, en anglès). I tot i que aquí ens podríem desviar molt del tema, perquè entraríem en el món de la investigació de biomaterials, vegem-ne una pinzellada, ja que aquests dos camps no s’entenen per separat.

Les bastides tenen un paper similar a les seves homòlogues en la construcció. Són l’estructura a partir de la qual es construirà un edifici, o, en el nostre cas, un teixit o un òrgan. La incorporació d’aquestes matrius, o bastides, en el cultiu cel·lular va ser molt important, perquè a partir d’aquell moment es van obrir un munt de possibilitats i ramificacions noves. Aquestes bastides no només doten les cèl·lules de la tridimensionalitat que té un òrgan sinó que també les ajuden a organitzar-se adequadament per poder fer la seva funció, i idealment, a tenir un entorn més similar al que es trobarien a dins del nostre cos. Podríem dir que el seu objectiu és intentar imitar la matriu extracel·lular de cada teixit o òrgan. I aquí és on la investigació en biomaterials agafa una gran rellevància, perquè ni l’organització cel·lular ni les propietats de la matriu extracel·lular són les mateixes en un os que en un múscul, en un ronyó o a la pell. Estem parlant molt de la importància d’aquestes bastides i dels biomaterials, però què són realment?

Els biomaterials tenen la propietat principal de ser biocompatibles, és a dir, que no afecten negativament el comportament de les cèl·lules quan aquestes estan en contacte amb una superfície o un substrat. Aquests biomaterials permeten que les cèl·lules puguin viure-hi, créixer i dividir-se quan estan en contacte amb el substrat. Poden ser d’origen natural, tant animal (els més comuns són el col·lagen o la gelatina) com vegetal (la cel·lulosa o l’alginat), i fins i tot sintètics, com diferents derivats dels plàstics, com ara el polietilenglicol o la policaprolactona. Tanmateix, materials com el titani, del qual estan fets els implants ossis, també són un biomaterial recurrent. I per què tants biomaterials diferents?

Cada biomaterial té unes propietats intrínseques que poden afavorir més o menys el comportament d’unes cèl·lules. Per tant, uns materials afavoreixen més un tipus d’estructures i d’altres, unes de diferents. A més, combinant diferents materials en diferents percentatges, amb diferents tècniques o amb molècules adherides, es poden obtenir una varietat molt elevada de biomaterials. Per no parlar de com es fabriquen les bastides, com se’ls dona la forma que desitgem i les propietats morfològiques adequades. Segur que heu sentit a parlar de la bioimpressió en 3D, oi? Doncs aquest en seria només un petit, però molt extens, exemple. Tot això donaria per a un altre capítol, així que ho deixarem aquí. Només cal que penseu en totes les combinacions possibles que es poden fer, i podreu imaginar per què trobar una bastida ideal per a cada teixit o òrgan és un galimaties del qual encara queda molt per descobrir.

Com passa en la investigació, i en la ciència en general, hi ha capes i capes de recerca i temes per tractar, i aquí hi ha un tema que ni tan sols hem tocat (qui ho diria!): les cèl·lules que s’utilitzen. No és el mateix emprar cèl·lules d’origen animal que cèl·lules d’origen humà, com tampoc serà igual utilitzar cèl·lules d’un pacient amb distròfia muscular que d’un pacient sa, o cèl·lules que estan al final del seu cicle de vida, o bé cèl·lules que encara no s’han especialitzat, les famoses cèl·lules mare. En funció de la investigació interessarà fer ús d’unes o unes altres, tot i que les cèl·lules mare són les més comunes gràcies al seu gran potencial d’especialització. Una opció que té molt de pes en investigació és, per exemple, poder agafar cèl·lules mare i que, en funció dels senyals bioquímics del seu entorn, es puguin especialitzar en un tipus cel·lular concret.

Què hem aconseguit avui en dia?

Aquí és on podem fer un punt i a part teòric per explicar alguns exemples aconseguits durant anys d’investigació. S’ha passat de tenir cèl·lules en cultius 2D sobre plàstic a tenir bastides amb formes determinades i amb unes propietats específiques. En aquest punt us convido a agafar un moment el telèfon mòbil i buscar en algun cercador les paraules clau «Vacanti mouse». Sí, en anglès, per allò que la ciència és tan internacional que tot es fa en anglès. En català també ho podeu provar, però potser us emportareu la inesperada sorpresa que hi ha molt poca cosa i la majoria de resultats us redirigeixen a altres idiomes. Però en fi, què sabrem nosaltres sobre la importància de fer ciència i divulgació científica en la nostra llengua. Tornem a la rata, que si no m’altero. L’heu buscada, ja?

Doncs, per molt fastigós que pugui semblar, aquesta imatge és una de les fites més importants del camp que ens ocupa. Una bastida amb forma d’orella, cultivada amb cèl·lules de cartílag i trasplantada a una rata de laboratori. Òbviament, aquesta orella no és funcional, al ratolí no

Suscríbete para continuar leyendo y recibir nuestras novedades editoriales

¡Ya estás apuntado/a! Gracias.X