Ciencia

Imágenes 1 y 2 de células creciendo en los soportes de quitosano. Imagen 3: Quitosanto. Cortesía: Ana Isabel Cañas Gutiérrez.

La edad, los accidentes, ciertos ejercicios físicos intensos y algunas enfermedades pueden desgastar los cartílagos de las articulaciones, especialmente los de las rodillas. Esto causa dolor, dificultad en el movimiento y hasta discapacidad. El tejido del cartílago no se regenera fácilmente, dada la falta de irrigación sanguínea, por lo que la ciencia busca apoyar al organismo con una audaz mezcla de química, biología e ingeniería.

Una de las posibles soluciones es hacer crecer tejidos en laboratorio, in vitro, para luego implantarlos en las partes donde faltan. “Se siembran células del tejido que se necesita, en este caso cartílago, sobre un soporte que imite la estructura y forma de la matriz natural de los tejidos del cuerpo, con el fin de que crezcan, se adhieran, proliferen y formen un tejido funcional”, comenta Ana Isabel Cañas Gutiérrez, bioingeniera y magíster en Ingeniería de la Universidad de Antioquia.

Esos soportes, también llamados andamios, deben ser aceptados por el cuerpo (lo que se denomina biocompatibilidad) y no generar toxicidad. Los materiales naturales de la matriz que rodea las células del cuerpo, como el colágeno y los glicosaminoglicanos, aún no se pueden sintetizar en un laboratorio, por lo que Ana Isabel decidió trabajar con un sustituto muy prometedor: el quitosano.

El polímero maravilla

El quitosano es un material que se deriva de la quitina, polímero natural que forma el caparazón de los crustáceos (camarones, cangrejos, langostas) y de los insectos, por lo que tiene muchas similitudes con otras moléculas animales. Se utiliza actualmente como plaguicida no contaminante, como agente cicatrizante y hasta en la regeneración de tejidos.

“El quitosano es un material biocompatible, las células lo hallan similar a otros componentes de la matriz extracelular del organismo y no lo rechazan”, comenta Ana Isabel Cañas. “Además es biodegradable y el cuerpo puede reabsorberlo completamente sin generar toxicidad. Una de las ventajas de este material es que se puede obtener de desechos de la industria pesquera”.

La Universidad de Antioquia lleva varios años con proyectos que buscan aprovechar el quitosano en multitud de aplicaciones, así que Ana Isabel hizo su maestría investigando cómo hacerlo más eficiente en la regeneración de cartílagos.

Quitosano y gelatina

En su investigación, Ana Isabel trabajó con dos grupos de investigación: Ciencia de los Materiales, donde desarrolló el material y lo caracterizó física y químicamente, bajo la asesoría de la profesora Carmiña Gartner, y en el grupo Génetica, Regeneración y Cáncer, donde realizó las pruebas in vitro con el acompañamiento del profesor Jean Paul Delgado.

Preparó los soportes de quitosano y, para mejorar las propiedades del material, lo modificó con una sustancia de lo más común: gelatina (sí, de la que se come, pero sin el azúcar, la frambuesa ni los demás aditivos).

“La gelatina está compuesta por un alto porcentaje de proteína proveniente del colágeno, que es el principal componente de la matriz celular del cuerpo. Además en su cadena de aminoácidos hay una secuencia que mejora la adhesión celular”, explica Ana Isabel. Los resultados demostraron que la gelatina también mejoró las propiedades mecánicas del quitosano, pues lo hizo más resistente a la comprensión, propiedad esencial para el cartílago de la rodilla de alguien que va trotando montaña arriba.

Los soportes fueron creados con el fin de lograr una estructura porosa similar a la red tridimensional donde se anclan las células en el cuerpo. Tras evaluar las propiedades químicas, de resistencia a la compresión y porosidad, se pasó a la prueba de fuego: los ensayos in vitro.

“El quitosano modificado con gelatina genera un ambiente familiar para las células. Se evalúo la biodegradación, la citotoxicidad, la genotoxicidad y la adhesión celular de los soportes preparados, y los resultados son promotedores”, explica la investigadora. Por supuesto, antes de preparar los soportes, ambos materiales fueron caracterizados para garantizar que cumplieran con las propiedades requeridas para su uso en ingeniería de tejidos.

En los laboratorios del grupo Genética, Regeneración y Cáncer, se evaluó el crecimiento de un tipo de célula de la piel, los queratinocitos, sobre los soportes de quitosano y gelatina. Y, ¡talán!, funcionó. Las células se adhirieron al material, se distribuyeron a través de los poros de este y crecieron sin problema.

Este avance debe ahora ser evaluado in vivo, es decir, en animales vivos, para saber si hay una buena compatibilidad y si las propiedades se mantienen. Mientras, se abren muchas posibilidades para la regeneración de tejidos, y quizás en pocos años un desarrollo colombiano permita que esas rodillas adoloridas o atrofiadas sean de nuevo funcionales y que muchas personas puedan volver a trotar gracias a la suculenta receta: quitosano con gelatina.