Posible avance en el desarrollo de biomateriales eficaces
Los resultados podrían ser revolucionarios para la ingeniería de tejidos
Muchas esperanzas descansaban en la llamada ingeniería de tejidos: Con la ayuda de células madre se podría cultivar piel y otros órganos, lo que permitiría mejorar la cicatrización de heridas y los trasplantes. Aunque algo de esto ya es una realidad, aún no se ha alcanzado el nivel esperado hace unos 20 años porque las células madre no siempre se unen al material huésped necesario como deberían en teoría. Un equipo internacional de investigación dirigido por el químico Shikha Dhiman, de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU), ha encontrado ahora la razón de ello: "Que se produzca una interacción entre la membrana de una célula modelo y el material de la matriz depende no sólo de la fuerza de la interacción, sino también de la velocidad a la que se mueven las moléculas asociadas de unión. La comprensión de esta interacción que hemos adquirido ahora es crucial para el desarrollo de biomateriales eficaces", afirma Dhiman. Los resultados del equipo se han publicado recientemente en la revista científica PNAS.
Para cultivar artificialmente tejido biológico en el laboratorio, los biotecnólogos suelen colocar células madre sobre materiales matriciales, generalmente geles. Estos geles dictan cómo deben comportarse y desarrollarse las células. Sin embargo, para que esto tenga éxito, las células deben unirse a los materiales de la matriz. Durante mucho tiempo se pensó que bastaría con añadir moléculas al gel que se unieran con suficiente fuerza a los receptores de las células (estas moléculas se denominan ligandos). Pero esto resultó ser una falacia. En teoría, esto debería funcionar, pero en la práctica a menudo no es así. Mientras que la mayoría de los investigadores empiezan por optimizar el material de la matriz para resolver este problema, Dhiman, entre otros, con el profesor Bert Meijer, de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, ha investigado ahora el primer punto de interacción: la unión entre las fibras individuales de la matriz y la membrana de la célula modelo. "Hasta ahora, siempre se había tenido en cuenta la fuerza de la interacción entre ligandos y receptores. Pero hemos descubierto que el hecho de que la membrana de una célula modelo pueda unirse a la fibra depende fundamentalmente de la velocidad a la que se mueven las moléculas del compañero de unión en la membrana de la célula modelo o en la fibra", afirma Dhiman. Si la velocidad de los ligandos en la fibra y de los receptores en la membrana celular modelo es similar, pueden encontrarse y acoplarse. "Incluso el enlace más débil puede dar lugar a una interacción entre las moléculas si sus velocidades son similares", afirma Dhiman. "Sin embargo, si uno de los compañeros de unión se mueve rápidamente y el otro lentamente o no se mueve en absoluto, las células no se unirán al gel". Aunque se trata de una investigación básica, ahora ofrece una imagen más clara de cómo funcionan estas interacciones a nivel molecular."
A velocidades similares, los compañeros de unión se juntan
Para sus estudios, los investigadores utilizaron microscopía de superresolución, que permite obtener imágenes de receptores y ligandos individuales. ¿Cómo se comportan las moléculas individuales? Para responder a esta pregunta y seguir los movimientos de las moléculas bajo el microscopio, Dhiman y sus colegas trabajaron con fibras individuales en lugar de gel a granel. "Esta reducción a fibras individuales era importante para comprender claramente las interacciones", explica Dhiman. "Si las moléculas de la membrana celular modelo y de la fibra se mueven con una velocidad similar, tienden a agruparse. Por tanto, los enlaces se reúnen en ambos lados del punto de contacto entre la fibra y la membrana de la célula modelo: en lugar de compuestos individuales, suele ser todo un grupo de receptores y ligandos el que garantiza la unión. De este modo, bastan incluso fuerzas de unión bajas", afirma Dhiman.
Los resultados podrían ser revolucionarios para la ingeniería de tejidos, pero también para otras aplicaciones médicas como las inmunoterapias o la administración de fármacos. La administración de fármacos consiste en llevar el principio activo directamente al lugar de acción para maximizar el efecto terapéutico y minimizar los efectos secundarios. "A largo plazo, estos conocimientos podrían dar lugar a avances en la reparación de tejidos y la medicina regenerativa, así como a implantes médicos avanzados que funcionen en armonía con las células del organismo", afirma Dhiman.
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Publicación original
Shikha Dhiman, Marle E. J. Vleugels, Richard A. J. Post, Martina Crippa, Annalisa Cardellini, Esmee de Korver, Lu Su, Anja R. A. Palmans, Giovanni M. Pavan, Remco W. van der Hofstad, Lorenzo Albertazzi, E. W. Meijer; "Reciprocity in dynamics of supramolecular biosystems for the clustering of ligands and receptors"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-9-8
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