Un equipo de científicos ha desarrollado una estrategia pionera para “programar” los cambios de forma de tejidos biológicos, controlando la orientación de sus células mediante patrones químicos, un hallazgo que amplía las fronteras de la medicina regenerativa, el diseño de materiales vivos inteligentes y la robótica biohíbrida.
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Los resultados se enmarcan en un estudio publicado este jueves en la revista Science y liderado por el Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y el Centro Internacional de Métodos Numéricos en la Ingeniería (CIMNE).
Los tejidos vivos formados por células alargadas tienden a autoorganizarse y generar dominios donde todas las células se orientan en la misma dirección, un fenómeno llamado orden nemático.
Dicho orden puede romperse ocasionalmente en puntos concretos, conocidos como defectos topológicos, que actúan como puntos de concentración de fuerza capaces de modular del tejido.
Los científicos utilizaron el micropatronaje químico para “dibujar” líneas de proteína sobre las superficies planas, a las que las células de adhieren, permitiendo así crear un “mapa” de orientaciones celulares a medida.
“La clave es que podemos decidir dónde estarán estos defectos y, por lo tanto, dónde se generarán las fuerzas dentro del tejido”, explica el investigador del IBEC y primer autor del estudio, Pau Guillamat.
Para demostrarlo, el equipo liberó el tejido de su soporte físico, permitiendo que la tensión interna acumulada transformara la lámina plana en una estructura tridimensional programada.
“Es como una lámina elástica tensada y fijada en los alrededores: mientras está sujeta, no se deforma, pero, al liberarla, adopta una nueva geometría determinada para las tensiones internas”, apunta Guillamat.
Mediante el uso de modelos computacionales, los investigadores lograron predecir con exactitud la forma final del tejido, estableciendo una relación cuantitativa entre el patrón de las células y su curvatura.
“Estamos demostrando que podemos diseñar la forma que adoptará un tejido vivo controlando únicamente cómo se orientan sus células”, destaca el profesor ICREA en el IBEC y colíder de la investigación, Xavier Trepat.
El estudio señala que la tecnología de “tejidos programables” abre la puerta a fabricar órganos artificiales sin necesidad de moldes externos y a desarrollar materiales vivos capaces de responder de forma inteligente a su entorno.
Además de sus aplicaciones en ingeniería, el método es una nueva herramienta para comprender procesos biológicos fundamentales como la formación de órganos durante el desarrollo embrionario o la expansión de tejidos tumorales.
