Biomateriales que podrían crear tejidos como estructuras de vasos sanguíneos

Un grupo de investigadores, dirigido por el profesor Álvaro Mata de la Universidad de Nottingham, junto con otros profesores de la Universidad Queen Mary de Londres, crearon un biomaterial que podría usarse para la creación de tejidos que podrían formar vasos sanguíneos.

El estudio, titulado “Disordered protein-graphene oxide co-assembly and supramolecular biofabrication of functional fluidic devices”, fue publicado en el último número de la revista Nature Communications.

Así, para este estudio, el equipo de investigadores utilizó óxido de grafeno y una proteína que imprimieron en 3D para crear una estructura tubular. Esta estructura podría imitar las propiedades de una estructura vascular como arterías o venas, según indicaron.

En este sentido, el autor, Álvaro Mata, explicó: “Este trabajo ofrece oportunidades en la biofabricación al permitir la bioimpresión 3D de arriba hacia abajo y el autoensamblaje de componentes sintéticos y biológicos de manera ordenada. Estamos biofabricando estructuras fluidicas, similares a capilares, a microescala que son compatibles con las células y exhiben propiedades fisiológicamente relevantes y tienen la capacidad de soportar el flujo. Esto podría permitir la recreación de la vasculutura en el laboratorio y tener implicaciones en el desarrollo de medicamentos más seguros y eficientes, por lo que los tratamientos podrían llegar más rápido a los pacientes”.

El equipo de investigación indicó que no existe la oportunidad de ensamblar el material usando una precisión molecular exacta cuando usan “química supramolecular”. De esta forma, explicaron que, a pesar de esto, la creación real de ensambles funcionales ha sido esquiva hasta la fecha.

Utilizaron “protegías desordenadas” y óxido de grafeno (GO) en este experimento para ver si se ensamblaron usando un “proceso de reacción de difusión”, y hubo transiciones. La creación típica de “materiales organizados jerárquicamente” fue posible puesto que estas moléculas eran estables.

En este sentido, describieron simulaciones dinámicas moleculares para ver cómo podrían formar estos conjuntos y crear productos útiles. También señalaron que, al usar estos embalajes, podrían crear microestructuras delgadas capilares que podrían actuar como capilares. Estas estructuras eran fluídicas y podían soportar el flujo de líquidos dentro de ellas.

El equipo usó proteínas con óxido de grafeno, pero estas estaban desordenadas y, en esas regiones, las proteínas eran flexibles. El equipo explicó que las proteínas ordenadas eran aquellas con una lámina β y una hélice α, mientras que las proteínas desordenadas tenían la forma de una bobina aleatoria. Ambos tipos tenían regiones que desempeñaban un papel en sus funciones. Estas regiones podrían ensamblarse con el óxido de grafeno.

Uno de los investigadores, el doctor Yuanhao Wu, explicó: “Existe un gran interés en desarrollar materiales y procesos de fabricación que emulen a los de la naturaleza. Sin embargo, la capacidad de construir materiales y dispositivos funcionales robustos a través del autoensamblaje de componentes moleculares, hasta ahora, ha sido limitada. Por eso, esta investigación presenta un nuevo método para integrar proteínas con óxido de grafeno mediante autoensamblaje, de manera que se pueda integrar fácilmente con la fabricación aditiva para fabricar fácilmente dispositivos biofluídicos que nos permitan replicar partes clave de tejidos y órganos humanos en el laboratorio”.

El equipo escribió en las conclusiones sobre el impacto futuro de este estudio, diciendo que este sistema “ofrece una posibilidad emocionante para desarrollar dispositivos biohíbridos complejos y funcionales con un alto nivel de relevancia biológica mediante el procesamiento supramolecular”.

Asimismo, indicaron que demuestra que los conjuntos moleculares podrían ayudar a crear dispositivos funcionales que serían robustos y aptos para su uso. Además, añadieron que “el ensamblaje, la biocompatibilidad y la bioactividad” eran las tres propiedades robustas de estas combinaciones, y estas podrían abrir “nuevas oportunidades para diseñar andamios, sistemas microfluídicos u órganos organizados sobre tejidos más complejos y biológicamente relevantes”. Esto podría ser un puente entre el diseño supramolecular y la ingeniería biomédica funcional y reproducible.