Utilizar tejidos artificiales para impulsar la robótica biohíbrida
Una capa celular fina denominada epitelio recubre todas las superficies de nuestro cuerpo, tanto interna como externamente. Algunos ejemplos de tejido epitelial son la capa externa de la piel (epidermis), el revestimiento de la cavidad abdominal y las glándulas sudoríparas. «Un buen ejemplo es el revestimiento de nuestro intestino, que necesita absorber nutrientes y fluidos», explica el coordinador del proyecto EpiFold Xavier Trepat(se abrirá en una nueva ventana), del Instituto de Bioingeniería de Cataluña(se abrirá en una nueva ventana), en España. «El tejido epitelial actúa como barrera, pero además es muy específico y muy funcional». Esta funcionalidad es determinada por la forma tridimensional (3D) del tejido. Sin embargo, aún se desconoce cómo se combinan los procesos como la deformación, el crecimiento y la remodelación para crear estructuras tridimensionales funcionales. Esto es algo que el equipo del proyecto EpiFold, con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), pretendía abordar. Además, al descubrir los procesos que modulan la forma y la mecánica del tejido epitelial, el equipo del proyecto también quería propiciar la creación de robots biohíbridos de nueva generación. Algún día podrían aplicarse en campos como la asistencia sanitaria.
Comprender el comportamiento del tejido epitelial
«Empezamos desarrollando tecnología para medir y manipular la mecánica de estas capas», explica Trepat. «Queríamos entender mejor el comportamiento del tejido epitelial, especialmente en el revestimiento del intestino». Para ello, se utilizaron organoides (cultivos de tejidos en 3D derivados de células madre) para estudiar cómo los epitelios adoptan formas tridimensionales. Para comprender mejor el comportamiento del tejido epitelial se aplicaron tecnologías de vanguardia como el «micropatterning», la microfluídica, la optogenética y la ingeniería mecánica. «También queríamos ver si podíamos utilizar estas células dinámicas para construir componentes de ingeniería», añade Trepat. «Las células tienen propiedades que no tienen los materiales inertes, como la autorreparación y la autoalimentación».
División, migración y cambio de la función fisiológica
El proyecto fue pionero en tecnologías nuevas para medir el comportamiento de estas células. «El intestino está en un estado constante de autorrenovación», explica Trepat. «Toda la superficie de nuestro intestino se renueva cada semana, gracias a las células que se dividen y migran, cambian su función fisiológica y acaban muriendo. Es un entorno muy dinámico». En el proyecto EpiFold se arrojó nueva luz sobre cómo funciona exactamente este proceso y cómo se autorrenueva la superficie de nuestro intestino. «Ahora comprendemos mejor las fuerzas físicas implicadas», señala Trepat. «Podemos visualizar estos procesos "in vitro", utilizando nuestro organoide combinado con nuestras tecnologías de medición». Los experimentos con organoides también han demostrado que la recurrencia metastásica en el cáncer colorrectal(se abrirá en una nueva ventana) surge de células EMP1+ residuales que se encuentran en el tejido epitelial. Esto se basa en las investigaciones que sugieren que los tumores aprovechan las funciones de las células no cancerosas de su microentorno para invadir y hacer metástasis. «El centro del proyecto fue el intestino», dice Trepat. «Sin embargo, hay muchos otros tejidos (pulmón, mama y piel, por ejemplo) en los que pueden aplicarse nuestras tecnologías».
Convertir las células en componentes básicos
En EpiFold, cuya finalización está prevista para diciembre de 2025, se centrarán ahora en la parte más ambiciosa del proyecto: convertir las células en los componentes básicos de los materiales. «Sabemos que será muy difícil, pero ya hemos empezado a intentarlo», señala Trepat. «Podemos crear pequeños canales hechos de células y estamos estudiando la posibilidad de generar bombas celulares». La ventaja de utilizar células es que son organismos vivos. Por tanto, las aplicaciones podrían autoalimentarse y autorrepararse, realizando funciones que de otro modo serían difíciles de diseñar con materiales inerte. Algunos posibles usos finales podrían ser la administración de fármacos y la cirugía, donde los materiales deformables serían muy útiles. «Se trata de una investigación de alto riesgo, y aún no está claro para qué usos finales concretos podría servir esta tecnología», añade Trepat. «Este trabajo llevará tiempo, ya que aún nos queda mucho por aprender sobre el comportamiento de estos sistemas celulares».
Palabras clave
EpiFold, biohíbrido, robótica, epitelio, salud, intestino, cáncer, asistencia sanitaria
