Uno de los grandes desafíos de la ingeniería de tejidos biológicos consiste en conseguir que las células no solo sobrevivan en un material artificial, sino que se coloquen y orienten igual que lo hacen en el cuerpo humano. Un equipo de la Universidad de Granada (UGR) ha dado un importante paso para lograrlo al desarrollar un hidrogel magnético con una arquitectura interna programable capaz de guiar la organización celular.
El avance, publicado en la revista Advanced Materials, abre nuevas posibilidades para fabricar tejidos artificiales más parecidos a los naturales y acelerar el desarrollo de aplicaciones en medicina regenerativa, desde la reparación de cartílagos y tendones hasta futuros implantes biológicos.
El hidrogel crea «caminos» para que las células se organicen
Los hidrogeles son materiales blandos con un elevado contenido en agua que se utilizan habitualmente como soporte para cultivar células porque imitan parte del entorno natural de los tejidos.
Su principal limitación es que normalmente presentan una estructura homogénea, muy distinta de la compleja organización que existe en órganos y tejidos, donde la posición y orientación de las células resulta determinante para su funcionamiento.
Para superar este problema, los investigadores incorporaron partículas magnéticas a un polímero biocompatible y utilizaron campos magnéticos y estímulos mecánicos antes de que el material solidificara. De este modo, las partículas se organizan formando capas internas que permanecen estables y actúan como una guía física para las células.
Dos formas distintas de construir tejidos más parecidos a los naturales
El estudio demuestra que existen dos mecanismos físicos diferentes para generar estas estructuras laminares. En uno de ellos, las partículas se ordenan únicamente mediante campos magnéticos variables. En el segundo, el campo magnético se combina con un flujo mecánico que reorganiza las partículas antes de que el hidrogel termine de formarse.
Aunque ambos métodos producen arquitecturas similares, los investigadores comprobaron que los procesos físicos que las generan son distintos, un conocimiento que permitirá diseñar materiales adaptados a diferentes aplicaciones biomédicas.
«La aportación principal del trabajo es que mostramos dos rutas físicas diferentes para generar arquitecturas laminares dentro de hidrogeles, y que esas arquitecturas pueden utilizarse para controlar dónde se sitúan las células y cómo se orientan», explica Guillermo Camacho Villar, investigador del estudio.
Las células sobreviven y se alinean siguiendo la estructura del material
El equipo evaluó el comportamiento del nuevo biomaterial utilizando fibroblastos, células presentes en numerosos tejidos del organismo.
Los ensayos mostraron que las células se sitúan preferentemente entre las capas creadas por las partículas magnéticas, mantienen una viabilidad superior al 95 % durante al menos siete días y tienden a alinearse siguiendo la orientación de la arquitectura interna del hidrogel.
Este resultado es especialmente relevante porque, en la ingeniería de tejidos, reproducir la organización espacial de las células resulta tan importante como mantenerlas vivas.
Un paso hacia la medicina regenerativa
Otro de los avances del trabajo consiste en que la distancia entre las capas internas puede ajustarse modificando el espesor del material, lo que permite fabricar estructuras con separaciones que van desde decenas hasta cientos de micras, compatibles con la organización tridimensional de muchos tejidos biológicos.
«En muchos tejidos, la función depende de la arquitectura. Por eso es importante disponer de métodos que permitan introducir orden interno en materiales blandos sin recurrir necesariamente a moldes complejos o a procesos de fabricación capa a capa», señala Juan de Vicente Álvarez-Manzaneda, catedrático del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Granada.
Un biomaterial con aplicaciones más allá de la medicina
La investigación, desarrollada íntegramente en el Laboratorio Singular en Tecnologías Avanzadas F2N2Lab por investigadores del grupo Magnetic Soft Matter de la Universidad de Granada, no solo tiene potencial en ingeniería de tejidos y medicina regenerativa.
Los autores consideran que esta estrategia también puede aplicarse al desarrollo de biomateriales inteligentes, actuadores blandos y otros sistemas cuya respuesta mecánica dependa de una estructura interna diseñada con precisión.
Además de presentar un nuevo material, el estudio aporta una explicación física de cómo se forman estas arquitecturas, un conocimiento que permitirá fabricar hidrogeles adaptados a necesidades concretas tanto en biomedicina como en otras áreas tecnológicas.
