La naturaleza ha perfeccionado el arte de crear células vivas a lo largo de miles de millones de años. Un equipo de investigadores está aprendiendo ahora de este proceso y busca formas de acelerarlo. Para Massimo Vassalli, catedrático de bioingeniería de la Universidad de Glasgow, el objetivo es comprender no solo cómo se forman los tejidos vivos, sino cómo pueden recrearse en el laboratorio.
Un grupo de investigadores desarrolla una técnica de bioimpresión 3D que promete abrir múltiples posibilidades que van desde la medicina hasta la carne cultivada
La naturaleza ha perfeccionado el arte de crear células vivas a lo largo de miles de millones de años. Un equipo de investigadores está aprendiendo ahora de este proceso y busca formas de acelerarlo. Para Massimo Vassalli, catedrático de bioingeniería de la Universidad de Glasgow, el objetivo es comprender no solo cómo se forman los tejidos vivos, sino cómo pueden recrearse en el laboratorio.
Vassalli es el coordinador científico de PRISM-LT, un proyecto de cinco años financiado con fondos europeos que se prolongará hasta 2027. El equipo está desarrollando una plataforma de bioimpresión 3D para crear tejidos vivos complejos, con aplicaciones que van desde la investigación biomédica hasta la carne cultivada.
La idea central del proyecto es un concepto que suena casi futurista: los materiales vivos de ingeniería o ELM. Se trata de materiales compuestos, total o parcialmente, por células vivas, entre las que se incluyen microorganismos como bacterias u hongos, que pueden crecer, reaccionar y adaptarse a su entorno. Los ELM pueden autoorganizarse y autorrepararse de maneras en las que los materiales estáticos convencionales no pueden.
“Los materiales vivos de ingeniería pueden tener características adicionales y dinámicas que simplemente no podemos replicar en los materiales estáticos tradicionales”, ha afirmado Vassalli.
Construir con células vivas
Los ELM podrían transformar múltiples sectores, desde la sanidad hasta la producción alimentaria, pero convertir ese potencial en realidad implica resolver un difícil problema biológico: cómo imprimir células vivas en estructuras complejas sin matarlas ni perder el control sobre su desarrollo.
El equipo de PRISM-LT aborda este problema mediante la creación de tejidos vivos a partir de diminutas cápsulas que contienen células vivas y un material de soporte similar a un gel conocido como “biotinta”.
“En lugar de imprimir un flujo continuo de biotinta, trabajamos con componentes modulares vivos encapsulados”, ha explicado Laura Martinelli, coordinadora del proyecto de PRISM-LT y directora ejecutiva de In Society, una organización de investigación con sede en Udine (Italia).
“Estas cápsulas pueden colocarse con precisión mediante un brazo robótico o bioimprimirse capa a capa para crear arquitecturas tisulares complejas” ha afirmado Martinelli. Los métodos convencionales imprimen células en un flujo continuo de material, sin la orientación biológica que pueden proporcionar los microorganismos vivos. En este caso, cada cápsula es una unidad biológica que incluye tanto el soporte como los microorganismos artificiales que ayudan a dirigir las células a medida que se desarrollan.
Estos microorganismos han sido modificados genéticamente para que actúen como guías biológicas. Detectan cuándo las células madre —células que pueden desarrollarse como muchos tipos de tejido diferentes— comienzan a transformarse y responden liberando señales químicas conocidas como “factores de crecimiento” que las orientan hacia el tipo de tejido deseado.
El proceso de fabricación es rápido y dura de unos minutos a una hora. La etapa posterior es más lenta, comprende un período de maduración de unas tres semanas, durante el cual las células madre se convierten en tejido óseo, adiposo o muscular. Actualmente, el equipo es capaz de producir aproximadamente un centímetro cuadrado de tejido fino y está trabajando para conseguir un bloque de un centímetro cúbico.
Lo que hace que esto resulte especialmente complicado es que el proceso requiere colocar en un mismo entorno componentes vivos que, por naturaleza, no están destinados a convivir.
“Tenemos que crear una relación simbiótica entre dos sistemas que no están diseñados para convivir, como la levadura y las células madre”, ha explicado Vassalli. “El principal reto consiste en crear unas condiciones que sean lo suficientemente adecuadas, tanto para la levadura o las bacterias como para las células madre, mientras estas se diferencian”.
Esta curiosidad por la interacción biológica fue el origen del proyecto. “Empezamos esta investigación porque sentíamos curiosidad por esta interacción”, ha afirmado Vassalli. “En esencia, así es también cómo se produjo la evolución. Los organismos unicelulares interactuaron y evolucionaron hasta dar lugar a la naturaleza tal y como la conocemos”.
De la médula ósea a la mesa
Los investigadores trabajan para recrear dos tipos de tejidos específicos. Uno de ellos es la interfaz entre el hueso y el tejido adiposo que se encuentra en la médula ósea con fines de investigación biomédica. El otro son las estructuras de músculo y grasa que reproducen las vetas de grasa que aportan a la carne natural su textura y sabor, una cualidad que durante mucho tiempo ha sido imposible de conseguir en la carne cultivada o producida en laboratorio.
La plataforma también se utilizará para crear modelos de tejido en miniatura que imiten la estructura de los órganos humanos, los cuales podrían emplearse en ensayos de fármacos y contribuir a la medicina personalizada.
“El proyecto tiene como objetivo crear una plataforma que permita diseñar diferentes tejidos destinados a fines muy distintos, pero utilizando los mismos principios”, ha señalado Martinelli.
En el ámbito de la salud, el objetivo es crear modelos tridimensionales de médula ósea para estudiar fármacos destinados al tratamiento de enfermedades que la afectan, como la leucemia.
En lo que respecta a los alimentos, lograr la distribución adecuada del tejido adiposo es fundamental para que el producto tenga una buena acogida entre los consumidores. “Gracias a nuestra tecnología de bioimpresión, podemos lograr la textura adecuada en carnes alternativas, lo que nos brinda la oportunidad de comercializarlas”, ha declarado Martinelli.
Hacer que esta tecnología llegue al público llevará tiempo. “Aún estamos muy lejos de las aplicaciones en el mundo real”, ha afirmado. “Nos centramos en principios y mecanismos para ver lo que es viable. Sin embargo, ya estamos teniendo en cuenta los retos futuros”.
La percepción de los consumidores es uno de estos retos. Al desarrollar carne cultivada, los investigadores optaron por trabajar con levadura en lugar de con bacterias. “Sería difícil explicar a los consumidores que la carne se ha elaborado utilizando bacterias”, ha señalado Martinelli.
Más allá del laboratorio: la frontera regulatoria
El progreso científico es solo una parte del reto. La incorporación de materiales vivos modificados genéticamente a la medicina o a la producción de alimentos también exigirá un nuevo enfoque regulatorio.
Dado que los ELM combinan células vivas y, en algunos casos, microorganismos modificados genéticamente, no encajan claramente en los marcos regulatorios existentes, que están diseñados para medicamentos convencionales o productos alimenticios estándar, y no para materiales que, en cierto sentido, están vivos.
En colaboración con el Consejo Europeo de Innovación, el equipo ya está en contacto con las autoridades reguladoras, entre ellas la Agencia Europea de Medicamentos, para estudiar qué normas y autorizaciones podrían necesitar estos materiales en el futuro.
“Tenemos que adoptar una nueva actitud hacia esta tecnología”, ha afirmado Martinelli. “Esta colaboración nos ayuda a allanar el camino hacia el uso de los ELM”.
Vassalli añade que los ELM podrían resultar “extremadamente potentes” si se aplicaran de forma generalizada. “Cuando pusimos en marcha el proyecto, nos planteamos dos preguntas fundamentales: ¿es viable? y ¿es escalable? Ahora podemos decir que es viable”.
La escalabilidad es el siguiente reto. Si el equipo tiene éxito, podría ser un paso más hacia un futuro en el que los materiales vivos ocupen un lugar junto a los materiales convencionales que ya damos por sentados.
Este artículo se publicó originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la UE.
La investigación que se presenta en este artículo ha sido financiada en parte por el Consejo Europeo de Innovación (EIC).
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