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Reimaginando cáscaras de huevo y otros artículos cotidianos para cultivar tejidos y órganos humanos


Imagine que quisiera hacer crecer un vaso sanguíneo o riñón o hígado fuera del cuerpo. ¿Cómo conseguiría que todas las celdas se unieran y formaran la estructura tridimensional correcta?


por Gulden Camci-Unal y Michelle A. Nguyen


Ese es solo uno de los muchos desafíos de la ingeniería de tejidos , un campo con el objetivo general de reparar o mejorar los tejidos dañados por degeneración, enfermedad, trauma o envejecimiento. A menudo, puede ser bastante engorroso y costoso desarrollar nuevas combinaciones de materiales y moléculas de ingeniería que apoyen la creación de tejidos artificiales fuera del cuerpo humano .

Pero a medida que los humanos avanzan en nuestra vida cotidiana, existe una amplia gama de materiales naturales y artificiales que se pasan por alto en la ingeniería de tejidos. Los éxitos recientes utilizan materiales como tofu, cáscaras de huevo y papel para una variedad de terapias que incluyen afecciones que involucran nuestras válvulas cardíacas , huesos , cartílagos y nervios .

Somos ingenieros y nos enfocamos en desarrollar biomateriales funcionales para reparar y regenerar tejidos. Debido a que no hay suficientes tejidos para trasplantar o implantar en todos los pacientes que lo necesitan, una de las estrategias que utilizamos es adoptar enfoques no convencionales y utilizar materiales de la naturaleza o la vida cotidiana. ¿Por qué? Porque queremos hacer que los tejidos y órganos de ingeniería sean simples, accesibles y económicos para que nuestros materiales puedan ser utilizados por personas en países que tienen menos recursos, así como aquellos con acceso a los mejores equipos y recursos.

Reimaginando cáscaras de huevo y otros artículos cotidianos para cultivar tejidos y órganos humanos
Gulden Camci-Unal trabaja con el estudiante Xinchen Wu en andamios de papel 3D inspirados en origami para cultivar células para ingeniería cardiovascular, cardíaca y de tejido óseo. Crédito: Edwin Aguirre para UMass Lowell, CC BY-SA

El enfoque poco convencional y por qué funciona

En el Grupo de Investigación Camci-Unal, uno de nuestros objetivos es mirar los artículos que vemos o tiramos todos los días y volver a imaginar cómo podrían ser útiles para el crecimiento de tejidos tridimensionales en el laboratorio que luego podrían trasplantarse a las personas.

Por ejemplo, las cáscaras de huevo pueden aparecer como restos de desechos después de cocinar una tortilla. Pero en nuestro laboratorio, reutilizamos cáscaras de huevo para fabricar plantillas de tejido, también conocidas como andamios, que promueven el crecimiento de las células óseas y las ayudan a endurecerse más rápido. Las cáscaras de huevo tienen minerales que contienen carbonato que también está presente en el hueso. Debido a que algunos de los componentes de la cáscara de huevo se parecen al hueso, pueden usarse para hacer plantillas de tejidos que reproduzcan la biología de estos tejidos.

También utilizamos materiales no tradicionales y económicos como el papel para ayudar a crecer los tejidos. Con papel, hacemos andamios inspirados en origami, también conocidos como marcos o plantillas tridimensionales, para reparar músculos, huesos y cartílagos.

Reimaginando cáscaras de huevo y otros artículos cotidianos para cultivar tejidos y órganos humanos
Gulden Camci-Unal descubrió que las partículas microscópicas de cáscara de huevo incorporadas en hidrogeles utilizados para cultivar células óseas en el laboratorio mejoran la capacidad de las células para endurecerse. Crédito: Edwin Aguirre para UMass Lowell), CC BY-SA

El uso no convencional de abundantes materiales comunes como partes de plantas , hielo y tofu ha demostrado ser prometedor para mejorar la regeneración y las funciones de los tejidos. Algunos de estos materiales incluso ayudan a transportar nutrientes o señales celulares y otros apoyan la capacidad de las células para moverse, unirse, crecer, reproducirse y diferenciarse en células especializadas .

Una ventaja importante de usar estos materiales es que pueden modificarse biológica, química y físicamente para verse y funcionar como tejidos específicos que se encuentran en el cuerpo humano. Por ejemplo, el papel es flexible, los textiles son porosos y el orujo de manzana , el material que queda después del jugo, contiene fibras útiles para construir tejido humano. En la ingeniería de tejidos, nos gusta usar materiales que imitan los tejidos biológicos porque se integran perfectamente con las partes de nuestro cuerpo.

Tomando una inmersión más profunda

Con más investigación y énfasis en estos materiales comunes, podemos comprender mejor sus deficiencias potenciales y otras propiedades especiales y abordar preguntas específicas: ¿Cómo interactúa el material con el cuerpo humano? ¿Es seguro a largo plazo? ¿Qué pruebas necesitamos ejecutar para estudiar estos aspectos? ¿Se puede escalar o producir en masa la tecnología?

Responder estas preguntas nos ayuda a evaluar las perspectivas futuras de un material no convencional. También nos permite avanzar en andamios y plataformas de tejidos sostenibles y rentables que abordan desafíos biomédicos globales.

Reimaginando cáscaras de huevo y otros artículos cotidianos para cultivar tejidos y órganos humanos
Esta figura muestra un enfoque de ingeniería de tejidos que incorpora moléculas biológicas nativas y materiales no convencionales para cultivar un andamio viable e implantable en el cuerpo. Crédito: Nguyen y Camci-Unal / Tendencias en Biotecnología, CC BY-SA

Tecnología de tejidos asequible

Para abordar las inequidades en salud, los bioingenieros deben considerar las diferencias importantes en los recursos para las regiones subdesarrolladas que podrían no tener instalaciones bien equipadas como en los Estados Unidos u otros países desarrollados.

Nuestro laboratorio quiere cambiar el acceso a las tecnologías de ingeniería de tejidos y hacer que nuestra ciencia esté disponible para personas de diferentes partes del mundo. El uso de materiales no convencionales que son baratos y ampliamente disponibles aumenta la probabilidad de que estas tecnologías sean ampliamente adoptadas.

Cuando tome notas, compre una planta doméstica, cámbiese de ropa, ponga hielo en su café, rompa un huevo o deseche un corazón de manzana, vuelva a imaginar estos artículos en ingeniería de tejidos . Podría ser un molde para la válvula cardíaca de un paciente, un modelo para estudiar el cáncer o una enfermedad rara, un apósito para heridas o un andamio para curar el hueso fracturado de alguien. Todavía hay muchas más innovaciones por descubrir, y las posibilidades son infinitas.

Gulden Camci-Unal, Assistant Professor of Chemical Engineering, University of Massachusetts Lowell y Michelle A. Nguyen, Biomedical Engineering Student, University of Massachusetts Lowell

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.


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