Utilizan campos magnéticos para ordenar células dentro de un hidrogel vivo: ayudará a crear órganos artificiales
Investigadores de la Universidad de Granada (UGR) han desarrollado una técnica que permite controlar la arquitectura interna de hidrogeles que contienen células mediante campos magnéticos de alta frecuencia. El sistema utiliza pequeñas partículas magnéticas incorporadas al material para construir, mientras el hidrogel todavía está en estado líquido, estructuras tridimensionales capaces de orientar posteriormente el comportamiento de las células.
La investigación, publicada en la revista científica Biomaterials, plantea una nueva forma de diseñar el microentorno en el que viven las células dentro de estos biomateriales. El trabajo ha sido realizado por Stefania Nardecchia, Jesús García-Gutiérrez, Guillermo Camacho, José R. Morillas, Matthew Terkel y Juan de Vicente, investigadores del Departamento de Física Aplicada de la UGR, en el Laboratorio Singular en Tecnologías Avanzadas F2N2Lab.
Un campo magnético para construir el interior del hidrogel
La idea puede parecer sencilla, pero tiene importantes implicaciones para la ingeniería de tejidos. Los investigadores incorporan partículas magnéticas al hidrogel y utilizan campos magnéticos que cambian con el tiempo para hacer que esas partículas se autoorganicen.
La diferencia respecto a los campos magnéticos estáticos es fundamental. Mientras estos últimos tienden a organizar las partículas siguiendo una única dirección, los investigadores de la UGR han utilizado campos magnéticos biaxiales y triaxiales de alta frecuencia. De esta manera pueden modificar las interacciones entre las partículas y generar distintas arquitecturas tridimensionales dentro del material.
El proceso ocurre cuando el hidrogel todavía está en estado fluido. En ese momento, las partículas tienen libertad para desplazarse y responder al campo magnético. A medida que avanza la gelificación, la matriz se hace progresivamente más viscosa hasta que termina inmovilizando la estructura que se ha formado.
Cuando el hidrogel ya está consolidado, el campo magnético puede retirarse. La arquitectura creada permanece dentro del material, como una especie de andamiaje microscópico construido desde el exterior.
Esta capacidad permite modificar la microarquitectura del hidrogel sin necesidad de alterar de manera significativa su composición química. Los investigadores utilizaron además simulaciones a escala de partícula que reprodujeron las estructuras observadas experimentalmente y ayudaron a explicar las bases físicas de su formación.
Las partículas magnéticas se convierten en una guía para las células
El siguiente paso era comprobar si esa organización interna podía afectar realmente a las células.
Para ello, el equipo estudió especialmente las estructuras laminares, formadas por capas continuas de partículas magnéticas dentro del hidrogel. Los resultados muestran que estas estructuras no son únicamente una característica física del material: también actúan como una señal capaz de influir en la forma en que las células se distribuyen y se organizan.
Los investigadores trabajaron con fibroblastos humanos, células implicadas, entre otras funciones, en la producción y mantenimiento de componentes de los tejidos. Las células mantuvieron una viabilidad superior al 95 % durante el periodo analizado y comenzaron progresivamente a adoptar una forma más alargada y orientada siguiendo la dirección marcada por las láminas.
Las diferencias frente a hidrogeles que no tenían una organización interna definida aparecieron desde los primeros días de cultivo y aumentaron con el tiempo.
El seguimiento tridimensional permitió observar además que los fibroblastos migraban hacia las láminas magnéticas. En otras palabras, una estructura construida en cuestión de minutos mediante un campo magnético podía seguir funcionando posteriormente como una señal física para las células, incluso después de apagar el campo.
El resultado es especialmente interesante porque demuestra que el campo magnético no tiene que permanecer actuando sobre las células para mantener su efecto estructural. Primero se utiliza para construir el entorno y después ese entorno se convierte en una especie de guía física para las células.
Un hidrogel blando que además puede repararse
El material empleado por los investigadores está compuesto principalmente por laminarina oxidada y gelatina. Una de sus características más interesantes es que presenta propiedades autorreparables gracias a la presencia de enlaces dinámicos.
Esto permite combinar dos propiedades que resultan especialmente atractivas para la ingeniería de tejidos: por un lado, una matriz blanda y muy hidratada en la que pueden vivir las células y, por otro, una arquitectura interna que puede diseñarse mediante campos magnéticos.
Los experimentos de citocompatibilidad tampoco detectaron reducciones significativas de la viabilidad celular ni de la actividad metabólica asociadas a la exposición a los campos magnéticos utilizados para crear las estructuras.
Los resultados no se limitaron además a los fibroblastos. Experimentos complementarios con mioblastos C2C12, un modelo celular utilizado para estudiar células musculares, mostraron igualmente una buena viabilidad y una distribución condicionada por las estructuras laminares.
Esto sugiere que el principio podría aplicarse a distintos tipos celulares, aunque todavía es necesario determinar hasta dónde llega realmente esa capacidad.
Crear tejidos con una arquitectura diseñada a escala microscópica
La principal aportación del trabajo no es una estructura concreta, sino la posibilidad de programar el microambiente de las células dentro de un hidrogel.
Los tejidos biológicos no son estructuras uniformes. Muchas células están organizadas siguiendo determinadas direcciones y formando arquitecturas complejas. Reproducir esa anisotropía —es decir, conseguir que las propiedades cambien dependiendo de la dirección— es uno de los retos de los biomateriales destinados a imitar tejidos vivos.
Los hidrogeles convencionales tienden a presentar redes poliméricas relativamente isotrópicas. La estrategia desarrollada por la UGR introduce, en cambio, una arquitectura interna que puede diseñarse mediante el campo magnético aplicado. El resultado es un hidrogel anisotrópico con señales físicas capaces de orientar células.
Esta capacidad podría resultar útil para fabricar modelos de tejidos más próximos a los naturales y para estudiar cómo el entorno microscópico condiciona la orientación, migración y organización de las células.
También abre una vía de investigación en ingeniería tisular, biomateriales y medicina regenerativa, ámbitos en los que resulta fundamental conseguir que las células no solo sobrevivan, sino que se comporten de una manera determinada dentro de un material artificial.
El propio grupo de la UGR trabaja en el desarrollo de hidrogeles magnéticos y en aplicaciones relacionadas con ingeniería de tejidos y regeneración tisular.
Todavía lejos de una aplicación médica
A pesar de sus posibilidades, los investigadores subrayan una limitación fundamental: el trabajo se ha realizado exclusivamente in vitro.
Eso significa que todavía no se puede hablar de una nueva terapia de regeneración de tejidos ni de una técnica preparada para utilizarse directamente en pacientes. Antes será necesario comprobar qué ocurre cuando estos materiales y partículas magnéticas entran en un organismo vivo.
Los futuros estudios tendrán que analizar cuestiones como la integración del hidrogel con los tejidos, la posible respuesta inflamatoria, la evolución de la matriz y el comportamiento de las partículas magnéticas una vez introducidas en el cuerpo. La propia publicación científica señala la necesidad de realizar estudios in vivo para evaluar la integración tisular, la respuesta inflamatoria, la retención de las partículas y su potencial aplicación biomédica.
Por ahora, el avance de la Universidad de Granada demuestra algo más concreto, pero también muy relevante: es posible utilizar campos magnéticos de alta frecuencia para construir una arquitectura microscópica dentro de un hidrogel y utilizar después esa estructura para orientar el comportamiento de células vivas.
La idea convierte al campo magnético en algo más que una fuerza capaz de mover partículas. En este caso, se transforma en una herramienta para diseñar el entorno físico de las células y, con ello, explorar nuevas formas de fabricar materiales capaces de imitar la complejidad de los tejidos vivos.
Fuente: novaciencia.es
