La búsqueda de vendajes que al tiempo que cubren las heridas tengan el potencial de regenerar el tejido dañado ha sido una prioridad para los cirujanos. Ahora científicos del campo de la nanotecnología les prestan un extraordinario soporte.

A finales de 1970, cuando se iniciaron los estudios de los procesos de cicatrización temprana, durante el desarrollo embrionario, hubo un descubrimiento que nadie se esperaba: las heridas ocurridas antes del tercer trimestre no dejaban cicatrices. Este hallazgo abrió un amplio rango de posibilidades para la medicina regenerativa. Pero durante décadas los investigadores han tratado en vano de replicar esas cualidades únicas de la piel fetal.

A diferencia de la piel adulta, la piel fetal tiene niveles muy altos de una proteína llamada fibronectina, que se ensambla en la matriz extracelular y promueve y facilita la unión y la adhesión entre las células. La fibronectina tiene dos estructuras: una que es similar a un globo y que se encuentra en la sangre, y una fibrosa, presente en los tejidos.

Aunque la fibronectina fibrosa tiene las cualidades más prometedoras para el proceso de cicatrización de heridas, todos los estudios se habían centrado en la de estructura globular, en parte porque la fabricación de la fibrosa presentaba desafíos muy grandes para su manejo usando la ingeniería.

Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard y del Instituto Wyss de Ingeniería Aplicada, han desarrollado nuevos vendajes que, de forma dramática, aceleran la cicatrización al tiempo que mejoran la regeneración del tejido. Los dos tipos de vendajes con nanofibras usan proteínas que se encuentran de forma natural en plantas y animales.

“Nuestro sistema de fabricación de fibras se desarrolló de manera específica con el propósito terapéutico de remediar las heridas de guerra”, dice Kit Parker, del equipo de Harvard, profesor de Bioingeniería y Física Aplicada y principal autor del estudio. “He visto heridas espantosas y el proceso de cicatrización era un horror. Esta investigación es el resultado de años de trabajo, en un esfuerzo colectivo de mi equipo para ayudar a resolver esos problemas”. Parker también forma parte del Instituto Wyss.

El equipo de Parker se ha convertido en pionero en el campo de la ingeniería de nanofibras.

Para fabricar la fibronectina, los investigadores usan un aparato llamado Rotary Jet-Spinning (RJS), que en términos sencillos y terrenales es algo similar a las máquinas que en los parques de diversiones se usan para hacer algodón de dulce. En el RJS se carga un recipiente central con una solución líquida de polímeros, en este caso la fibronectina globular disuelta en un solvente, que al someterse a la fuerza centrífuga del aparato, lanza por una pequeña apertura la solución. Una vez fuera, el solvente se evapora y los polímeros se solidifican. La fuerza centrífuga desdobla la proteína globular en pequeñas, delgadas fibras. Estas fibras, de menos de una micra de diámetro, se recogen para ser usadas, en un proceso a gran escala, en la fabricación de vendajes.

“El vendaje se integra en la herida y actúa como un andamio con instrucciones, reclutando diferentes tipos de células madre, tan importantes para la regeneración y los procesos de curación, antes de que sean absorbidas por el cuerpo”, dice Christophe Chantre, estudiante de posgrado, miembro del equipo y primer autor del artículo.1

En las pruebas in vivo, los investigadores encontraron que las heridas tratadas con el vendaje de fibronectina mostraron un 84% de restauración del tejido en veinte días, comparado con el 55% en las heridas tratadas con vendajes convencionales.

Los investigadores también demostraron que las heridas tratadas con el vendaje de fibronectina presentaron una arquitectura dérmica muy similar en su textura a la de la epidermis normal, y mejor aún, en algunos casos, la regeneración de folículos pilosos, con frecuencia considerada el gran desafío en el campo de la curación de las heridas.

“Este es un paso hacia delante muy importante”, dice Chantre. “La mayoría de los trabajos para lograr la regeneración de la piel, hasta ahora, eran tratamientos complejos que combinaban matrices de soporte, células e incluso factores de crecimiento. Ahora nosotros hemos podido demostrar que la reparación de tejidos y la regeneración de folículos pilosos se pueden hacer usando una técnica diferente, con nuevos materiales, que tiene amplias ventajas en usos clínicos”.

En otro artículo, se demuestra que una nanofibra sacada de la soja, mejora también la cicatrización de las heridas.

Las proteínas de la soja contienen por un lado moléculas similares al estrógeno —que se ha demostrado acelera la cicatrización— y también moléculas bioactivas similares a las usadas en la producción y soporte de las células humanas.

“Ambas, las tecnologías de fibras de soja y fibronectina, le deben su éxito a la observación continua y profunda de la medicina reproductiva”, dice Parker. “Durante el ciclo de una mujer, cuando sus niveles de estrógeno están más altos, un corte se cierra más rápido. Si usted hace una cirugía en un bebé que aún está en el útero, casi no dejará cicatrices. Estas dos tecnologías tienen sus raíces en uno de los campos más fascinantes de la biología humana, cómo nos reproducimos”.

Al igual que cuando usaron las fibras de fibronectina, el equipo de investigación usó el RJS con las fibras de soja. En los experimentos que siguieron, los vendajes usando la soja demostraron un aumento del 72% en la cicatrización, comparado con las heridas sin vendaje y un 21% en las heridas con vendajes convencionales.

“Estos hallazgos muestran una promesa grande en el uso de nanofibras de la soja”, dice uno de los investigadores. “Esta técnica, de un solo paso, que usa matrices de bajo costo, podrá ser la nueva generación de vendajes regenerativos, que empujarán el naciente campo de la biotecnología de las nanofibras y con ello la industria de la curación de heridas”.

Los dos tipos de vendaje, de acuerdo a los investigadores, tienen sus ventajas. Las nanofibras basadas en la soja, son de bajo costo, volviéndolas excelentes candidatas para su uso a gran escala, el caso más importante, el de grandes quemaduras. Los vendajes con fibronectina, por su lado, podrán ser usados para heridas más pequeñas, en la cara y las manos, donde el evitar cicatrices es tan importante.

Referencias:

Chantre C.O., et al. Production-scale fibronectin nanofibers promote wound closure and tissue repair in a dermal mouse model. Biomaterials, 2018

Seungkuk A., et al. Soy Protein/Cellulose Nanofiber Scaffolds Mimicking Skin Extracellular Matrix for Enhanced Wound Healing. Advanced Healthcare Materials, 2018

Más información en el Blog de Josefina Cano: Cierta Ciencia

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Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades