Científicos de Barcelona desarrollan una técnica para crear materiales vivos inteligentes y programables con células

En la naturaleza, los tejidos vivos son capaces de moldearse a sí mismos durante el desarrollo de los organismos hasta dar lugar a órganos y estructuras tridimensionales complejas. Pero pese a nuestros esfuerzos, los humanos todavía no hemos aprendido a reproducir ni a controlar con precisión este proceso en los laboratorios. Hasta ahora. Un equipo de investigadores de ha ideado una técnica capaz de "programar" la forma final de un tejido vivo guiando únicamente la orientación de sus células. Según explican los científicos en un artículo publicado este jueves en la prestigiosa revista 'Science', la clave está en usar patrones químicos que actúan como instrucciones espaciales, forzando a las células a alinearse en direcciones concretas y es precisamente esa organización la que, en última instancia, determina que el tejido adopte una forma tridimensional específica.

El trabajo, liderado por Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), la Universitat Politècnica de Catalunya, el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE), y el European Molecular Biology Laboratory (EMBL) de Barcelona, se basa en "dibujar" instrucciones invisibles sobre una superficie donde crecen las células. Para ello, los investigadores han ideado un sistema de micropatronaje químico que combina dos tipos de zonas: unas recubiertas con proteínas a las que las células pueden adherirse y otras tratadas con materiales que las repelen. De esta forma, explican, se consigue que las células no se distribuyan al azar sino que sigan las líneas marcadas por el patrón y se alineen entre sí en direcciones concretas. Y es ahí cuando ocurre la verdadera magia.

La investigación abre la puerta a nuevas aplicaciones en ingeniería de tejidos, robótica biohíbrida y el diseño de materiales vivos inteligentes

Las pruebas demuestran que, gracias a esta técnica, mientras el tejido permanece adherido a la superficie, esas fuerzas internas generadas por la orientación de las células quedan ancladas y no pueden expresarse en forma de movimiento. Pero cuando los investigadores lo despegan del sustrato, se elimina esa restricción mecánica y el tejido queda libre para reorganizarse. En ese momento, las tensiones acumuladas en su interior se redistribuyen y el conjunto comienza a deformarse de manera rápida y coordinada. ¿El resultado? El tejido se pliega y se curva siguiendo el patrón de orientaciones previamente programado, como si liberara una energía almacenada que ya contenía, de antemano, las instrucciones de su forma final.

Avance científico

"Estamos demostrando que podemos diseñar la forma que adoptará un tejido vivo controlando únicamente cómo se orientan sus células", destaca Xavier Trepat, profesor de investigación ICREA en el IBEC, líder del grupo de Dinámica Integrativa de Células y Tejidos y colíder del estudio. "Podemos pensar en estos sistemas como materiales vivos que no solo generan fuerzas y formas programables sino que podrían integrar información y responder de manera inteligente", comenta, en esta misma línea, Pau Guillamat, investigador en el grupo de Dinámica Integrativa de Células y Tejidos del IBEC, y primer autor del estudio en el que se describe esta técnica.

"Estamos demostrando que podemos diseñar la forma que adoptará un tejido vivo controlando únicamente cómo se orientan sus células"

Xavier Trepat

— Investigador ICREA en el IBEC

Los investigadores creen que esta tecnología, aún en fase de desarrollo, abre la puerta a una nueva generación de materiales vivos inteligentes y programables. En el ámbito de la ingeniería de tejidos, por ejemplo, permitiría crear estructuras tridimensionales complejas sin necesidad de andamios artificiales, imitando mejor los procesos naturales del desarrollo. También podría tener aplicaciones en robótica biohíbrida, dando lugar a tejidos vivos capaces de contraerse y cambiar de forma actuarían como pequeños motores biológicos. A más largo plazo, este enfoque podría incluso servir como modelo para estudiar cómo se forman los órganos o cómo evolucionan ciertas enfermedades en las que la mecánica del tejido juega un papel clave.

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