Andamios biológicos de celulosa y soja para regenerar lesiones de cartílago
CIENCIAS DE LA SALUD.
Imaginemos llegar a reparar una lesión de menisco imprimiendo in situ una estructura tridimensional, que encaje como un guante, con el fin de que, además de cumplir la función de andamio para que las células se puedan adherir y reproducirse, pueda servir de alimento para ellas, de manera que finalmente se biodegrada y desaparece, dando lugar a la reparación del cartílago lesionado.
Andamios impresos. Foto: EHU.
Un equipo del Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la Universidad del País Vasco (Euskal Herriko Unibertsitatea (EHU)), integrado en el grupo BIOMAT, ha desarrollado estructuras a base de celulosa, gelatina y proteínas de soja con propiedades mecánicas y biológicas prometedoras para la regeneración del cartílago. Obtenidos a partir de subproductos de la industria alimentaria, estos andamios destacan por su biocompatibilidad, su capacidad de impresión y su potencial para favorecer la viabilidad celular en aplicaciones de ingeniería de tejidos.
“El objetivo es llegar a utilizar materiales naturales, para dejar de lado las prótesis de metal o de plástico”, explica Iraia Osquila, investigadora de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa (Guipúzcoa) de la EHU. El avance de la biomedicina personalizada necesita de la ingeniería de tejidos para buscar materiales biocompatibles con unas características que les confieran una excelente capacidad de impresión e integridad mecánica.
Iraia Osquila ha desarrollado, bajo la dirección del doctor Pedro Guerrero y la catedrática Koro de la Caba, una biotinta de celulosa, gelatina y proteína de soja, utilizando un tipo de disolvente más ecológico y sostenible que permite disolver la celulosa de manera óptima y no es tóxico para las células. “Utilizando materiales naturales, biodegradables y biocompatibles hemos conseguido generar un gel, que impreso en 3D es apto para aplicaciones biomédicas de regeneración de cartílago”, explica el profesor Guerrero.
El equipo de investigación del grupo BIOMAT ha observado que “los andamios impresos guían la formación de nuevo tejido y actúan como sustratos para promover la adhesión celular, sin obstaculizar su proliferación; se comportan como una matriz extracelular artificial en la que las células se organizan en estructuras tridimensionales, imitando la estructura del tejido nativo”, explica Osquila.
Memoria de forma.
La actividad del grupo de investigación BIOMAT se centra, entre otros, en el diseño de materiales basados en proteínas y polisacáridos (celulosa, agar, etcétera), utilizando productos y procesos sostenibles, y en el estudio de sus propiedades mecánicas. En este caso, el equipo ha llevado a cabo un estudio exhaustivo de las propiedades mecánicas, la biocompatibilidad y la toxicidad de los citados andamios impresos en 3D.
Los ensayos de tracción y de compresión indican que “la estructura tiene memoria de forma, es decir, cuando se deja de aplicar una determinada fuerza el material, vuelve a su forma inicial”, afirman. Esta característica es fundamental porque “el cartílago también está sometido a fuerzas de compresión o de extensión que hacen que se deforme, pero luego recupera su forma original cuando estas desaparecen”, añade Osquila.
El equipo ha observado que “la celulosa refuerza la estructura, aporta rigidez y resistencia a la tracción. A medida que la estructura contiene más celulosa la resistencia es mayor”. La proteína de soja, por su parte, “aporta cuerpo a la tinta para poder imprimirla, y la gelatina sirve como alimento para las células”, añade Guerrero. Las interacciones efectivas entre todos los componentes de la tinta confieren unas propiedades que mejoran el rendimiento mecánico y la biocompatibilidad de los andamios. “Hemos conseguido disolver la celulosa dentro de la tinta, y así hemos obtenido las propiedades que necesitábamos para poder imprimir las estructuras con precisión y favorecer el crecimiento celular y la regeneración tisular”, afirma.
Guerrero subraya, además, que la materia prima de esta biotinta es de origen natural: “Se trata de proteínas y celulosa que proceden del descarte de la industria alimentaria. Nuestro trabajo pone de manifiesto que utilizando materiales naturales también podemos llegar a obtener muy buenas soluciones, materiales muy consistentes, que se utilizan de refuerzo y tienen muy buenas propiedades mecánicas”. El objetivo del equipo es desarrollar materiales que simulen a los naturales. “Mediante pequeñas modificaciones naturales, conseguimos materiales biocompatibles que no dañan al organismo, para avanzar en la consecución de una medicina más sostenible y personalizada”, explica. El grupo BIOMAT desarrolla y estudia diferentes materiales en el laboratorio, en ese sentido.
El nuevo estudio es parte de la tesis doctoral que Iraia Osquila Pérez de Azpeitia está realizando en la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa, bajo la dirección de Koro de la Caba, catedrática del Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente, y del doctor Pedro Guerrero, ambos investigadores del grupo BIOMAT.
El estudio se titula “Design of 3D printed cellulose-protein scaffolds for tissue engineering”. Y se ha publicado en la revista académica Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. (Fuente: Euskal Herriko Unibertsitatea)
Sitio Fuente: NCYT de Amazings