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Un hidrogel nuevo microestructurado con propiedades antimicrobianas únicas

Las andamiajes porosos ofrecen un entorno extracelular en 3D similar al entorno natural celular y una inmensidad de aplicaciones en la medicina regenerativa. Unos investigadores europeos han desarrollado un biomaterial novedoso para favorecer la diferenciación celular y la regeneración de tejidos dañados.

Salud

A través de estímulos mecánicos, el entorno extracelular determina el comportamiento celular y los procesos de adhesión, proliferación, migración y diferenciación celular. La ciencia de los materiales intenta imitar las propiedades estructurales, mecánicas y bioquímicas de la matriz extracelular natural para maximizar la regeneración de tejidos dañados mediante el crecimiento de células organizadas de forma espacial.

Un biomaterial novedoso con una red de microcanales

El proyecto financiado con fondos europeos CHANNELMAT desarrolló un material en 3D novedoso, barato y biocompatible para su uso como andamiaje para el crecimiento celular. Como explica Christine Selhuber-Unkel, coordinadora del proyecto, «nuestro material contiene canales huecos con un tamaño de unas pocas micras e incrustados en una matriz polimérica». Esto aporta un área de superficie grande para el contacto celular y maximiza el efecto del material sobre el comportamiento celular, controlando la transducción de los estímulos mecánicos, por ejemplo. En comparación con las soluciones existentes, el enfoque de CHANNELMAT aporta varias ventajas. Usa un sustrato de poliacrilamida para producir los microcanales interconectados con un diámetro inferior a 20 μm. El procedimiento de fabricación patentado garantiza la interconectividad con independencia de la densidad y el tamaño de los poros. Además, los microcanales finos ofrecen un entorno en 3D con hasta un 80 % de contacto con la superficie de las células, lo que mejora el control sobre el comportamiento celular. La personalización del diseño, la composición y la mecánica del andamiaje garantiza que el suministro de oxígeno y nutrientes sea muy semejante a las condiciones de los tejidos naturales. Es más, el andamiaje puede funcionalizarse con proteínas para la ingeniería de tejidos y con nanopartículas de carbono para imitar tejidos eléctricamente excitables, como el tejido cardíaco, mientras que su fuerte adsorción de proteínas implica la posibilidad de diseñarlo para que se asemeje a la matriz extracelular.

Aplicaciones médicas del material nuevo

«Nuestro objetivo era validar el material nuevo CHANNELMAT en aplicaciones celulares donde la mecanotransducción está afectada, como ocurre con el tejido cardíaco después de un infarto de miocardio», prosigue Selhuber-Unkel. El biomaterial es adecuado para numerosas aplicaciones, como los cultivos celulares en 3D y la implantación, gracias a sus propiedades mecánicas bien definidas y su capacidad para fabricarse con diferentes niveles de complejidad con alto rendimiento. Sin embargo, de momento el hallazgo clínicamente más importante es independiente de la mecanotransducción. El equipo científico ha usado el material innovador para capturar el patógeno humano «Acanthamoeba castellanii». Conocido por su capacidad para infectar el ojo y provocar casos graves de queratitis, su tratamiento es prolongado y complejo. A pesar de que la enfermedad es poco frecuente, es un problema especialmente prevalente en los países desarrollados en los cuales es común el uso de los lentes de contacto. Es mas, «Acanthamoeba castellanii» se encuentra en el suelo y en los depósitos de agua, incluyendo piscinas, y en los líquidos para las lentes de contacto, a pesar de su desinfección. El material CHANNELMAT tiene el potencial de eliminar el parásito «Acanthamoeba castellanii» y mejorar la seguridad de las lentes de contacto si se usa en los recipientes donde se guardan. Según Selhuber-Unkel, ese fue el logro más significativo del proyecto que ha abierto nuevas vías para la explotación comercial del biomaterial CHANNELMAT. La captura de microorganismos patogénicos usando trampas fabricadas es una estrategia antimicrobiana emergente sin sustancias químicas. Actualmente, los investigadores están estudiando los materiales en diferentes contextos, desde aplicaciones cerebrales hasta la robótica blanda. Varios proyectos financiados se basan en los conocimientos obtenidos durante CHANNELMAT, y con la inversión industrial apropiada, esperan llevar su producto al siguiente nivel.

Palabras clave

CHANNELMAT, biomaterial, andamiaje, mecanotransducción, «Acanthamoeba castellanii», patógeno, hidrogel

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