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Nanosendagiles para regenerar la piel
La corteza humana es un órgano complejo formado por tres capas que cumplen una serie de funciones indispensables, entre ellas la barrera protectora contra microorganismos y la regulación de temperatura. Cuando se hiere, estas capas inician un proceso coordinado de curación, pero en pacientes con diabetes o infecciones persistentes este proceso puede quedar deteriorado y las heridas cronificarse. Aunque los tratamientos estándar (apósitos y telas de gas) ofrecen protección física, son pasivos y no solucionan la disfunción biológica subyacente. Es por eso que las nanopartículas están siendo estudiadas como una opción innovadora, ya que pueden ser "ingenieros" moleculares capaces de guiar y mejorar el proceso de curación interactuando directamente con las células.
Diseñando nanopartículas para la reparación textil
Un grupo internacional de investigadores formado por la Universidad del País Vasco y POLYMAT, en colaboración con la Universidad Charité de Berlín, ha logrado un importante paso adelante en el desarrollo de una nueva clase de nanopartículas especialmente diseñadas para apoyar el proceso de reparación compleja de la piel.
Estas nanopartículas se han generado a través de un proceso que se denomina capa por capa (layer-by-layer), mediante la colocación capa por capa de los compuestos químicos deseados en la superficie de las partículas. Este proceso se puede comparar con la construcción de una pequeña esfera en la que cada capa tiene un propósito biológico o químico específico. El resultado final es una estructura similar a la cebolla, ya que está formada por múltiples capas especializadas que se agrupan alrededor de un núcleo central y están escalonadas. Estas nanopartículas están compuestas de polímeros biodegradables y biocompatibles: estos materiales se descomponen naturalmente en el cuerpo a lo largo del tiempo sin causar efectos biológicos adversos. Esto los hace especialmente prometedores para las aplicaciones médicas.
Esta ingeniería detallada permite a los científicos decidir cómo se comportará la partícula después de que se introduce en el cuerpo. Por ejemplo, ciertas capas internas se pueden utilizar para proteger los medicamentos mientras que otras capas controlan el momento de liberación de estas sustancias. La capa externa, por el contrario, está adaptada para que las células del cuerpo interactúen entre sí, actuando como un pequeño ingeniero que trabaja con precisión a escala microscópica.
El equipo de investigación analizó la influencia de la capa externa o "recubrimiento" de la nanopartícula en la causa de la misma. Esta es la parte que entra en contacto directo con las principales células de reparación de la piel, los queratinocitos. Estas células son las más abundantes de la epidermis y son los agentes principales responsables de cerrar la herida y recuperar la integridad de la piel. Para optimizar la interacción entre partículas y queratinocitos, los investigadores estudiaron diferentes polisacáridos, largas cadenas de moléculas de azúcar que se encuentran en la naturaleza. Estos azúcares son ideales para uso médico debido a su alto grado de biocompatibilidad. En concreto, se analizaron cuatro polisacáridos: ácido hialurónico, trimetilo quitosano, sulfato de dextrán y fucoidano.
Los resultados de este estudio fueron llamativos. Cuando las nanopartículas estaban recubiertas con estos polisacáridos, principalmente ácido hialurónico, las células de queratinocitos absorbieron las nanopartículas en grandes cantidades, a veces alcanzando una tasa de absorción del 80% en 4 horas. Esta alta eficiencia sugiere que las células de piel están naturalmente "sintonizadas" para detectar estos polisacáridos. Esta detección se debe a que la superficie de una célula está recubierta de proteínas especializadas que funcionan como pequeños sensores. Cuando se encuentran con una estructura azucarera conocida, son más fáciles de unir.
Responsables del proyecto de investigación (de izquierda a derecha): Aitor Larrañaga, María Ángela Motta y Marcelo Calderón.
Estos "pequeños ingenieros" nanopartículas hacen mucho más que entrar a la célula. Impulsan activamente el proceso de renovación de la piel. Mejorando las interacciones entre células y partículas y creando un entorno biológico más adecuado, estas nanopartículas ayudan a los queratinocitos a moverse a través del área de la herida. Esta migración es el paso básico necesario para que la piel cierre un hueco físico y recupere nuestro órgano de protección.
Para asegurarse de que estos resultados son aplicables a la medicina real, los investigadores superaron las pruebas de laboratorio básicas y realizaron experimentos utilizando muestras de piel del hombre que tomaron de algunos donantes sanos. Los hallazgos fueron especialmente positivos para las nanopartículas recubiertas con ácido hialurónico. Estas partículas precisas mejoraron significativamente la reparación tisular, ya que no solo ayudaban a formar la capa de una nueva célula de piel, sino que también estimulaban el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos. Este último punto es vital, ya que los vasos sanguíneos suministran los nutrientes y el oxígeno que cualquier tejido necesita para sobrevivir y crecer. Uno de los hallazgos más interesantes fue que la aplicación del ácido hialurónico en su forma cruda no aportaba los mismos beneficios. Esto subraya la importancia del diseño de la nanopartícula. Envolviendo el polisacárido en un sistema estructurado, puede permanecer más tiempo en la zona de la herida, evitar la degradación rápida e interactuar más con las células.
Un nuevo capítulo para la medicina regenerativa
Estos hallazgos nos dirigen hacia un futuro en el que los tratamientos de heridas no serán solo tratamientos pasivos como los parches y apósitos actuales, sino que se utilizarán guías activas del proceso de curación. Como pequeño ingeniero, estas nanopartículas pueden coordinar un amplio conjunto de eventos biológicos necesarios para la reparación exitosa. Los científicos ahora representan la posibilidad de que estas nanopartículas puedan ser insertadas en cremas o geles para su aplicación directa en la herida del paciente. Este tipo de tratamiento sería fácil de usar, al mismo tiempo que ofrecería una terapia muy enfocada y eficaz.
Mirando más adelante, el equipo de investigación está estudiando formas de hacer las nanopartículas aún más efectivas. Una estrategia es la adición de moléculas antimicrobianas, infecciones —una de las principales causas de la cronificación de las heridas— que ayudan a evitarlas, reconstruyendo al mismo tiempo la piel. Otra estrategia es la incorporación de proteínas antiinflamatorias. Más allá del cuidado de las heridas, estas nanopartículas están despertando cada vez más interés por su potencial papel en el tratamiento de una amplia gama de enfermedades.
En el futuro, estos ingenieros microscópicos pueden transformar la dermatología clínica permitiéndoles curar heridas más rápido, de manera más eficiente y con menos complicaciones, al tiempo que reducen los costos de salud, acortando los tiempos de cura. El siguiente reto será llevar estas tecnologías del laboratorio a la práctica clínica y, finalmente, a las farmacias. En este contexto, POLYMAT participa en el proyecto "Hidrogeles inteligentes para la Nanomedicina Personalizada", liderado por i+Med, para crear soluciones terapéuticas innovadoras a través del potencial de estos biomateriales avanzados.
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