Un nuevo biomaterial para generar huesos artificiales

Investigadores españoles han ideado un procedimiento para generar estructuras similares a la de los huesos a partir de células madre de cordón umbilical. Este tejido óseo se ha obtenido gracias al uso de plantillas de carbón activado, en las que, tras anidar, las células proliferan y se diferencian, dando lugar a un material (compuesto por minerales como el fósforo o calcio, colágeno, osteoblastos, osteocitos) que podría emplearse con fines terapéuticos.

El tejido aún no se ha experimentado en animales, si bien los científicos creen que los resultados obtenidos en el laboratorio son muy prometedores. En septiembre esperan empezar a aplicarlo en conejos o ratas y aspiran a que en el futuro pueda servir para reparar lesiones óseas –osteoporosis, fracturas-, tumorales, así como para regenerar el cartílago en aquellas extremidades óseas en las que se haya perdido.

El trabajo, que comenzó en 2008, ha sido realizado por científicos de las universidades de Granada y Jaén y del Instituto de Parasitología y Biomedicina López Neyra (CSIC). En él, han intervenido especialistas del ámbito de la biología celular, la radiobiología y el estudio de los materiales.

Parte del éxito de trabajo presentado este martes reside en el uso del carbón activado, según explica a este diario el director del Centro de Investigación Biomédica de la Universidad de Granada, José Mariano Ruiz de Almodóvar. El carbón activado no es más que una fibra sintética sometida a altas temperaturas que se carboniza. La operación da como resultado un tejido muy poroso en el exterior y con una superficie de absorción enorme.

Parte del éxito de trabajo reside en la porosidad del carbón activado 

La estructura que se obtiene es similar a la de una esponja, repleta de filamentos entrecruzados y recovecos. “La superficie interior es tan enorme que tiene una magnitud difícil de entender”, apunta Ruiz de Almodóvar, “hay 2.200 metros cuadrados por cada gramo”. En este medio –se usan pastillas de tejido de 1,5 centímetros de diámetro- es donde se introducen células obtenidas del cordón umbilical.

En concreto, un tipo de células madre adultas denominadas mesenquimales –no confundir con las que se obtienen de la sangre y que se emplean para el trasplante de médula- que se extraen del tejido que hay entre la piel y los vasos sanguíneos del cordón. El carbón activado ejerce de andamio que facilita el anclaje y desarrollo de las células. “Tiene la facultad de retener y absorber las células en su enorme superficie”, apunta el investigador.

Además de multiplicarse, las células mesenquimales se diferencian de forma natural hacia células óseas, “sin necesidad de recurrir a factores de crecimiento”, destaca Ruiz de Almodóvar. El resultado es un material biológico que ha colonizado el soporte de carbón activado y que presenta buena parte de las características del hueso. “Es capaz de fabricar el colágeno y los minerales que forman las estructuras óseas, que se pueden observar bajo la lente del microscopio, pero además tipos celulares característicos del tejido como osteoblastos u osteocitos”, describe el investigador.

Las células mesenquimales se diferencian de forma natural hacia células óseas sin necesidad de  factores de crecimiento

El “hallazgo fundamental”, explica, está en que bastan “la tela y la célula, además de los nutrientes, para conseguir la diferenciación de las células a un material que simula el hueso biológico”. Los investigadores estaban convencidos de que las células se iban a adherir a la tela, aunque no esperaban que se diferenciaran sin añadir “factores extraños”.

Los científicos autores del trabajo relatan que no hay productos alternativos en el mercado, ni tampoco descritos en bibliografía científica similares al que han desarrollado. No se había logrado producir ex vivo un material biológicamente complejo y semejante al tejido óseo.

Existen distintos grupos de investigación trabajando en el desarrollo de estructuras creadas con biomateriales para desarrollar órganos artificiales. La filosofía que se encuentra detrás de estos proyectos es muy similar: diseñar andamiajes (pueden ser polímeros, en este caso carbón activado) que permitan dar una estructura tridimensional a cultivos con células madre que se multiplican y se diferencian hacia el linaje deseado (cardiomiocitos en el caso del corazón, hepatomiocitos en el hígado, osteocitos en los huesos…)

Ya ha habido experiencias de este tipo que han sido llevadas a la práctica clínica. La primera vez que se consiguió fue con una tráquea artificial en 2011. También existen trabajos en los que se está recurriendo al uso de impresoras 3D para generar tejido humano. 

De momento, los investigadores granadinos no van tan lejos y pretenden comprobar las propiedades terapéuticas del material que han desarrollado en animales. Quizás como una especie de cemento biológico regenerador que serviría para reparar lesiones óseas. Los científicos confían en obtener la financiación para seguir adelante con el proyecto por lo que han pedido ayudas tanto a la Junta de Andalucía como a otras instituciones, ya que de momento no está toda garantizada.