Sunday 26 de May, 2024

CIENCIA | 06-04-2023 00:20

Biomateriales revolucionarios: la seda regenerativa

El uso de células madre junto a proteínas, como la fibroína que se extrae de la seda del gusano, permite reparar distintos tejidos.

En la seda encontraron proteínas que se usan para reparar desde huesos a vasos capilares y tendones. Los capullos que realizan los gusanos contienen proteínas que se pueden utilizar como biomateriales.

Hace unos 5000 años los chinos descubrieron el secreto de los gusanos de seda y pudieron separar sus filamentos para crear hilos capaces de convertir sueños en riquezas. Con ese hito el imperio chino obtenía un valor de intercambio que uniría el mundo en su famosa ruta de la seda. Pero aún quedaban más secretos. Estos filamentos tienen propiedades casi mágicas. Por ejemplo, ofrecen resistencias que superan al acero.

Descubrir cómo la naturaleza se las había ingeniado para semejante proeza brinda herramientas para obtener un material cuyas implicancias van más allá de las telas o cualquier cosa que se pensara en el mundo antiguo. Sin embargo, la idea del uso de la seda en medicina sí fue prevista para curar heridas y hace algunas décadas se las emplea como hilo para suturas. Los antiguos no podían pensar en disciplinas como la bioingeniería en la que se trata de reconstruir el cuerpo mediante técnicas que agrupan diversas ramas de la ciencia como la física, biología, computación y química. La seda ahora es considerada como un ladrillo clave para la innovación biotecnológica.

PIONEROS

Las investigaciones sobre las propiedades de la seda las lidera el Departamento de Bioingenieria dirigido por el Dr David Kaplan en la Tufts University que se encuentra en Boston, Massachussets, precisamente en el área donde están también Harvard y el MIT. Boston es referente mundial en empresas de Biotech dado la fuerte presencia académica y el apoyo del gobierno a las startups.

“Cuando hay una herida, si es lo suficientemente profunda el cuerpo pierde la capacidad de regenerarse. Ahora conocemos cómo trabajar con células madre para inducirlas a diferenciarse en distintos tejidos. Además de brindarles la señalización química para promover su diferenciación, debemos enfrentarlas a la información espacial del entorno 3D que queremos que regenere. En el caso de tejido óseo por ejemplo no se trata sólo de tener una célula para hacer un hueso sino también regenerar la forma del hueso”, señala Valeria Bosio, investigadora del Conicet, premiada en el prestigioso MIT, y directora del BIOMIT Lab en la Universidad de La Plata.

La revolución de los biomateriales está cambiando para concentrarse en encontrar herramientas dentro de la misma naturaleza. Los especialistas que trabajan con prótesis óseas de titanio u otro tipo de aleaciones, en general hablan de biomateriales cuando se refieren a cualquier material que no genere respuesta inmune y sea biocompatible. “Pero ahora consideramos biomateriales a los que provienen de la naturaleza como las macromoléculas, sean proteínas, lípidos o polisacáridos. Esas moléculas pueden utilizarse como soportes para el crecimiento celular”, comenta Bosio.

ANDAMIAJES

Así como para construir un edificio se necesita una estructura como las vigas que le dan soporte al resto de los materiales, en el cuerpo humano se crean diversos tipos de andamiajes que posibilitan la formación de los diferentes órganos, y tejidos como el hueso. Cuando una enfermedad o accidente altera estas estructuras no logran regenerarse por sí mismas. Los científicos descubrieron que el gusano de seda creó el ingrediente básico para poder diseñar los soportes que permitan encaminar las células para recrear la información faltante y así

BIOTINTAS

Al separar las proteínas de la seda y llevarlas a una solución líquida se pueden crear biotintas para diseñar vasos capilares. restaurar los tejidos perdidos donde deben estar.

La seda es segregada por el gusano en hilos que pueden llegar a los 1500 metros y consta de dos proteínas, la fibroína y la sericina. “Nosotros nos concentramos principalmente en la fibroína que obtenemos como solución según protocolos adquiridos en Boston con la autoridad mundial en la materia: el Dr David Kaplan y con el cual hoy mantenemos colaboraciones entre nuestros laboratorios”, comenta entusiasmada Bosio.

Lograr pasar de la seda a una solución de proteínas o sea a un líquido,

tiene sus complejidades bioquímicas, pero una vez que se logra se la puede manipular para lograr diversos tipos de formas. La ventaja principal de la fibroína es que es un material biocompatible pero además degradable. “Lo que uno desea es que las células recreen las estructuras necesarias, o sea su propia matriz extracelular. Nosotros con este soporte ayudamos a que lo hagan, ya que las células los van llenando y replicando, pero luego buscamos que el soporte diseñado por nosotros desaparezca y quede el natural. Con la fibroína tenemos eso: un material que se biodegrada, pero permanece el tiempo necesario como para ayudarnos a recrear las estructuras extracelulares”.

REGENERACIÓN

Las aplicaciones potenciales dependen del tipo de estructuras a crear y en esto los investigadores diseñan todo tipo de nuevas soluciones. “Nosotros nos especializamos en tejido óseo, entonces nos sirven las estructuras de poro interconectado. Podemos primero simular todo virtualmente, utilizar mecanismos de inteligencia artificial para lograr entender huesos particulares y así generar andamiajes basados en la fibroína personalizados a cada paciente. La idea es que esta estructura reemplaza parte del hueso que se va regenerando gracias al soporte que recreamos con el biomaterial. Por supuesto cada aplicación tiene su desafío en cómo se utilizan estas proteínas. En nuestro caso usamos micropartículas de carbonato de calcio que ayudan a las células a generar el tejido óseo”, comenta Bosio.

Una vez que se tiene la solución de fibroína, una especie de miel, las técnicas permiten el desarrollo de otras estructuras además de las esponjas. Se pueden diseñar films, bloques sólidos, capilares, y partículas, entre otras. Se trata de generar estructuras que permitan la proliferación de células para dar respuesta a diversas patologías. Por ejemplo, a partir de partículas es posible crear biotintas con aplicaciones muy diversas, como la de generar vasos sanguíneos. Una técnica para este tipo de tejido consiste en el uso de un filamento que mientras va girando la biotinta se va depositando sobre él. Luego esa biotinta se gelifica, se retira el filamento y queda la estructura sobre la cual van a crecer células para generar un vaso capilar. La técnica inclusive permite hacer capilares con varios diámetros diferentes además de controlar su porosidad y elasticidad.

Una de las aplicaciones más recientes es la reparación de tendones que suelen presentar una gran dificultad. Las lesiones en los tendones tienen tratamientos largos, difíciles y muchas veces incompletos en su proceso de curación. Los tendones son bandas de tejido conectivo fibroso que unen los músculos a los huesos. O sea, son tejidos blandos conectados a algo rígido como un hueso y eso crea una estructura compleja y muy específica. Tras una lesión esa estructura se altera y un exceso de cicatrización hace que se pierdan sus propiedades biomecánicas. En el Instituto Terasaki de Los Angeles investigadores publicaron en la revista Small un método basado en el gusano de seda. Se trata de usar la fibroína junto a un gel hidratante conocido como GeIMA para construir un andamio por el cual las células madre se direccionan hacia el tendón y lo reparan recuperando su elasticidad normal. La curación además se da de una forma más acelerada. Son muchas las aplicaciones potenciales y esto sólo a partir de una proteína.

El viaje a las estrellas del universo proteico está lleno de desafíos. Allí afuera hay millones de proteínas creadas por la naturaleza. Afortunadamente algunas capitanas como Valeria Bosio se subieron a la nave para traspasar fronteras e ir hasta donde jamás ha llegado el ser humano.

por Pablo Wahnon

Galería de imágenes

En esta Nota

Comentarios