Primer hidrogel antimicrobiano polipeptídico para ayudar a la regeneración tisular
A nuestros organismos se les da bien reparar lesiones menores, siempre que el daño esté por debajo de un umbral crítico. Por ejemplo, las células cutáneas se renuevan constantemente después de pequeños cortes o quemaduras, y el hígado puede incluso regenerarse. Sin embargo, cuando los tejidos se están regenerando, son muy susceptibles a las infecciones microbianas, a veces con consecuencias potencialmente mortales. Aunque esto puede mitigarse con antibióticos, la resistencia a los antimicrobianos (RAM) reduce cada vez más su eficacia. Una forma de abordar esta cuestión es con la regeneración tisular facilitada por matrices que brindan soporte mecánico y una forma para el crecimiento celular, junto con el entorno necesario para el crecimiento, que proporciona los nutrientes y los niveles de pH necesarios. «Los hidrogeles hechos de polímeros naturales, como el colágeno y la gelatina, son los materiales más comunes para las matrices, ya que imitan nuestra matriz extracelular natural, pero no tienen propiedades antimicrobianas», explica Andreas Heise, coordinador del proyecto GelPrint, emprendido con el respaldo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie. Para crear mejores materiales antimicrobianos para las matrices, GelPrint estudió hidrogeles a partir de nuevos polipéptidos en forma de estrella, con ocho brazos que comprenden una combinación de los aminoácidos cisteína, lisina y tirosina en distintas proporciones.
Creación de una biblioteca de hidrogel
La ventaja de este enfoque es que los polipéptidos en estrella se pueden obtener mediante procesos de polimerización rápidos. El equipo descubrió que sus polipéptidos en estrella formaban hidrogeles con aproximadamente un 90 % de agua, muy útiles para el crecimiento celular. «Diseñamos un hidrogel antimicrobiano compuesto solo de aminoácidos naturales: un polipéptido. Nuestra pregunta fue entonces cómo diseñar químicamente estos materiales para combinar todas las propiedades deseadas», añade Heise, del Real Colegio de Cirujanos de Irlanda. A los investigadores de GelPrint les gusta trabajar con polipéptidos porque es posible aumentar su escala cientos de gramos fácilmente, pero, para diseñar un material que combine varias propiedades, primero es necesario desentrañar las estructuras moleculares subyacentes que los crearon. «Desarrollamos un mapa de estructuras/propiedades para identificar los mejores materiales y aprender cómo afectan pequeños cambios estructurales a las propiedades del hidrogel. Este enfoque iterativo nos brindó nuestra biblioteca de estructuras polipeptídicas», asevera Heise. A continuación, el equipo probó las propiedades reológicas de los hidrogeles, es decir, cómo responden a las presiones. También realizaron experimentos de citotoxicidad para asegurarse de que no se filtrara nada dañino para las células desde los hidrogeles, cuestión que confirmaron. «De estos, seleccionamos candidatos para pruebas antimicrobianas. Curiosamente, los resultados preliminares muestran que nuestras selecciones impidieron el crecimiento en dos cepas microbianas», señala Heise.
Respuesta a una creciente amenaza
La Organización Mundial de la Salud considera la RAM una amenaza cada vez mayor para la salud pública mundial. En la Unión Europea (UE), la RAM es responsable de unas treinta y tres mil muertes al año. Aparte de las tragedias personales, se calcula que la RAM supone a la UE 1 500 millones EUR cada año en costes sanitarios y pérdidas de productividad. «Nuestros hidrogeles se pueden aplicar en forma de crema, pomada o apósito para tratar heridas. Para la regeneración tisular, podrían imprimirse en tres dimensiones para crear la forma exacta necesaria», concluye Heise. El equipo también espera que su trabajo contribuya a la identificación de nuevos agentes antimicrobianos contra los cuales los patógenos no puedan desarrollar resistencia. Por ahora, el equipo está trabajando para comprender mejor los detalles de cómo responden los microorganismos a los hidrogeles, antes de pasar de los microorganismos de laboratorio a las muestras clínicas.
Palabras clave
GelPrint, hidrogel, resistencia a los antimicrobianos, polipéptido, regeneración tisular, infecciones, aminoácidos
