La investigación de la UPV/EHU y la Universidad de Oxford mejora el transporte de oxígeno y nutrientes que las células necesitan en el tejido
La ingeniería de tejidos es una ciencia multidisciplinar que combina medicina, biología, ciencia de materiales y nanotecnología, con el objetivo de sustituir tejidos u órganos dañados por otros elaborados a medida. Para ello, utiliza células del paciente y nanoandamios donde se desarrolla el nuevo tejido artificial. Uno de los mayores desafíos para los científicos es el transporte eficiente de oxígeno y alimento, necesario para el correcto funcionamiento de las células, a través del ‘andamio'.
Eneko Axpe, investigador de la Facultad de Ciencia y TecnologíaUna investigación de la UPV/EHU y la Universidad de Oxford ha ideado una estrategia para resolver este problema en los materiales utilizados como andamios en ingeniería de tejidos. El artículo se ha publicado en la revista Journal of Materials Chemistry de la Royal Society británica y ha sido elegido por los editores de la revista como uno de los más relevantes de 2015.
Para elaborar los ‘andamios', el grupo de investigación de la UPV/EHU ha utilizado un biopolímero natural llamado chitosán. "Los ‘andamios' se colocan donde haya que reemplazar el tejido dañado. Por ejemplo, si el paciente pierde un trozo de hueso, se rellena el hueco dejado por ese fragmento con un andamio que imita las propiedades del hueso. En esos andamios las células crecen de manera natural, a veces ayudadas por factores de crecimiento. Pero hay varias trabas, pues son muchas las células presentes en nuestros tejidos: tenemos más células en nuestro cuerpo que estrellas hay en nuestra galaxia: por cada gramo de tejido, aproximadamente 1.000 millones de células. Así mismo, otra de las dificultades más importantes que se le presenta a la ingeniería de tejidos es, que todas ellas necesitan respirar y alimentarse. De no ser así, las células se mueren y el nuevo tejido no es formado", explica Eneko Axpe, investigador de la UPV/EHU y autor del artículo Sub-nanoscale free volume and local elastic modulus of chitosan–carbon nanotube biomimetic nanocomposite scaffold-materials, publicado en Journal of Materials Chemistry.
La principal novedad del estudio es que propone una nueva estrategia para mejorar el transporte de oxígeno y nutrientes a través del ‘andamio', gracias a la modificación del volumen libre: "El volumen libre son los pequeños espacios vacíos que se encuentran entre las moléculas. Para que se entienda: cuando viajas en un tren y hay poca gente dentro, entras y te mueves con facilidad. En cambio, a hora punta y con el vagón lleno, es difícil entrar y moverse fácilmente. A nivel molecular, sucede lo mismo. Cuanto mayor sea el volumen libre, mejor movilidad van a tener las moléculas, por ejemplo, el oxígeno y el azúcar. Nuestra estrategia es clara: si aumentamos el volumen libre del material (el biopolímero de chitosán), aumentaremos su difusividad y esto hará que las células reciban el oxígeno y los nutrientes necesarios. Para modificar el tamaño de volumen libre en el ‘andamio', hemos añadido diferentes nanotubos de carbono a la matriz de chitosán, logrando alterar el volumen libre a nuestro antojo".
La importante revista Journal of Materials Chemistry, de la Royal Society, ha seleccionado la publicación, fruto de la colaboración entre el grupo de nanomedicina de la Universidad de Oxford, dirigido por Sonia Contera, y el grupo MIMASPEC de la UPV/EHU entre los "hot papers" del 2015 —los artículos seleccionados por los especialistas de la revista como documentos relevantes y de alta calidad —. Esta publicación, así mismo, forma parte de la reciente tesis doctoral internacional calificada Cum Laude, de Eneko Axpe, investigador de la UPV/EHU e investigador visitante de la Universidad de Oxford.
Biología del siglo XXI
Eneko Axpe, físico de profesión, destaca el "importantísimo papel" que jugarán sus colegas en la biología del siglo XXI: "Hasta hace bastante poco la mayoría de los físicos se limitaban a crear técnicas como el PET, resonancias magnéticas, radioterapias, etc. en la biomedicina. Pero ahora el rol ha empezado a cambiar, estamos empezando a descubrir las propiedades físicas y mecánicas de las células. Las células ‘sienten' las propiedades del material donde están creciendo a escala muy pequeña, a escala nanométrica. Por ejemplo, si cambias propiedades como la elasticidad a escala nanométrica del material, o el volumen libre que éste tenga, cambiarás las propiedades de las células. Un ejemplo muy claro: si el material en el que crecen las células madre es parecido al cartílago, éstas podrán formar una oreja. Pero si las propiedades del material son idénticas a las del hueso, las células madre formarán un hueso".
A pesar de encontrarnos, en este caso concreto, en fase de investigación, la creación de tejidos y órganos no se encuentra en situación embrionaria, precisamente. "En el mayor congreso de ingeniería de tejidos, celebrado recientemente en Boston, hubo investigadores que presentaron pacientes que ya vivían desde hace años con órganos (como una vejiga, o piel…) creados artificialmente a partir de la ingeniería de tejidos. Hay mucho por hacer, pero ya es una realidad", aclara Axpe.
FOTO portada: Nanoandamios de chitosan y nanotubos de carbono que mimetizan hueso humano. Autor: SGIKER UPV/EHU
Referencia bibliográfica:
Eneko Axpe, Loic Bugnicourt, David Merida, Maite Goiriena-Goikoetxea, Iraultza Unzueta, Ruben Sanchez-Eugenia, Jose Angel Garcia, Fernando Plazaola and Sonia Contera. (2015). Sub-nanoscale free volume and local elastic modulus of chitosan–carbon nanotube biomimetic nanocomposite scaffold-materials. J. Mater. Chem. B, 2015,3, 3169-3176 DOI: 10.1039/C5TB00154D
