La ciencia se inspira en todas partes para lograr un gran avance. Un plato pegajoso con bacterias nos dio el primer antibiótico: la penicilina. La combinación de levadura con un electrodo de platino bajo voltaje nos proporcionó un poderoso fármaco de quimioterapia: el cisplatino. El Dr. Andrew Pelling de la Universidad de Ottawa extrae sus ideas radicales del clásico de ciencia ficción The Little Horror Store. En particular, le gusta el principal antagonista de la película: la planta caníbal Aubrey 2.
Es algo que parece una planta con rasgos de mamíferos, dijo Pelling en la conferencia de Medicina Exponencial en San Diego esta semana. "Así que empezamos a preguntarnos: ¿se puede cultivar esto en un laboratorio?"
El objetivo final de Pelling, por supuesto, no es dar vida a un monstruo de ciencia ficción. En cambio, quiere comprender si las plantas convencionales pueden proporcionar la estructura necesaria para reemplazar el tejido humano.
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Auge de la mecanobiología
Hacer crecer una oreja humana a partir de manzanas puede parecer un proceso extraño, pero el punto de partida de Pelling es que el interior fibroso es sorprendentemente similar a los microambientes en los que generalmente se cultiva tejido humano de bioingeniería en los laboratorios.
Para realizar un reemplazo de oreja, por ejemplo, los científicos cortan o imprimen en 3D estructuras de soporte huecas de materiales costosos biocompatibles. Luego, inoculan células madre humanas en esta estructura y la suministran minuciosamente con un cóctel de factores de crecimiento y nutrientes, lo que estimula el crecimiento de las células. Finalmente, después de semanas y meses de incubación, las células proliferan y se diferencian en células de la piel en los bosques. El resultado es una oreja de bioingeniería.
El problema es que la barrera de entrada es muy alta: las células madre, los factores de crecimiento y los materiales para los bosques son costosos de comprar y difíciles de producir.
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Pero, ¿son realmente necesarios estos componentes?
A través de una serie de experimentos, Pelling y otros han descubierto que estas fuerzas mecánicas no son solo un subproducto de la biología; más bien, regulan fundamentalmente los mecanismos moleculares subyacentes de la célula.
Estudios anteriores han demostrado que cada etapa del crecimiento embrionario, “un proceso fundamental en biología”, puede regularse y controlarse mediante información mecánica. En otras palabras, las fuerzas físicas pueden inducir a las células a dividirse y migrar a través de los tejidos, ya que nuestro código genético guía el desarrollo de todo el organismo.
En el laboratorio, estirar y estimular mecánicamente las células parece cambiar radicalmente su comportamiento. En una prueba, el equipo de Pelling roció células cancerosas en una hoja de células de piel cultivadas en el fondo de una placa de Petri. Las células cancerosas se unen en pequeñas bolas, formando una barrera clara entre el microtumor y las células de la piel.
Pero cuando el equipo de científicos colocó todo el sistema celular en un dispositivo que lo estiró ligeramente, imitando la respiración y el movimiento del cuerpo, las células tumorales se volvieron agresivas, invadiendo la capa de células de la piel.
Lo que es aún más genial: no se requiere ningún movimiento activo para que las fuerzas mecánicas transformen el comportamiento celular. La forma del microambiente es suficiente para orientar sus acciones.
Por ejemplo, cuando Pelling colocó dos tipos de células en una estructura física con ranuras, las células se separaron por sí solas en unas pocas horas y un tipo creció en las ranuras y el otro en proyecciones más altas. Simplemente al sentir la forma de esta superficie corrugada, "aprendieron" a separarse y encajar espacialmente.
Entonces: usando solo una forma, las células pueden estimularse para formar modelos tridimensionales complejos.
Y aquí la manzana nos ayudará.
¿Una manzana … o una oreja?
Bajo el microscopio, el microambiente de una manzana tiene la misma escala de longitud que las superficies artificiales para fabricar tejidos de reemplazo. Este descubrimiento hizo que los científicos se preguntaran: ¿es realmente posible utilizar la estructura de la superficie de esta planta para hacer crecer órganos humanos?
Para probar esto, tomaron una manzana y lavaron todas sus células vegetales, ADN y otras biomoléculas. Solo quedan andamios fibrosos; todavía se atascan en los dientes. Cuando el equipo colocó células humanas y animales en el interior, las células comenzaron a crecer y diseminarse.
Animados por el resultado, los científicos tallaron una manzana en forma de oreja humana y repitieron el proceso anterior. En unas pocas semanas, las células proliferaron y convirtieron un trozo de manzana en una oreja humana carnosa.
Por supuesto, una forma no será suficiente. El tejido de reemplazo también debe arraigar dentro del cuerpo.
Luego, el equipo implantó bosques de manzanos justo debajo de la piel del ratón. En solo ocho semanas, las células de ratón sanas no solo colonizaron la matriz, sino que el cuerpo del roedor también produjo nuevos vasos sanguíneos que ayudaron a los bosques a vivir y prosperar.
El tejido de bioingeniería tiene tres propiedades importantes: es seguro, es biocompatible y se produce a partir de una fuente ética renovable.
Pasando de la teoría a la práctica
Pelling está particularmente impresionada con sus resultados debido a la simplicidad: no se requieren células madre ni factores de crecimiento exóticos para funcionar. El enfoque elegante simplemente utiliza la estructura física de la planta.
Actualmente, el equipo está ampliando su trabajo a tres áreas principales de la ingeniería de tejidos: cartílago de tejido blando, tejido óseo, médula espinal y nervios. La importancia es hacer coincidir la microestructura específica de la planta con el tejido.
¿Y por qué limitarnos al cuerpo que nos dio la naturaleza? Si las formas de los andamios son el único factor determinante de la ingeniería de tejidos u órganos, ¿por qué no crear sus propias formas?
Pelling se armó con esta idea y creó una empresa de diseño que andamiaba tres tipos diferentes de orejas: orejas humanas normales, orejas puntiagudas como las de Spock y orejas onduladas, que en teoría podrían suprimir o mejorar varias frecuencias.
Ilya Khel
