Un grupo de investigadores de la Universidad Carlos III ha desarrollado un nuevo método de experimentación celular basado en polímeros magnetoactivos. Estos compuestos consisten en una matriz polimérica (un elastómero) que contiene partículas magnéticas (de hierro u otros materiales), capaces de reaccionar mecánicamente cambiando su forma y rigidez.
Tal y como informa la UC3M, este sistema podría emplearse para el estudio de escenarios complejos, como podrían ser los traumatismos cerebrales, la remodelación fibrótica del corazón durante el infarto o la cicatrización de heridas, así como para influir e incluso llegar a dirigir las funciones y comportamiento de las células. El proyecto corre a cargo de los científicos de 4D-BIOMAP, un proyecto ERC de investigación de la Universidad Carlos III de Madrid.
El objetivo que persigue este trabajo es “poder realizar estudios reproduciendo procesos biológicos complejos a través de un nuevo sistema experimental virtualmente asistido, que permite el control no invasivo y en tiempo real del entorno mecánico”, recoge la universidad. Y es que las células y otros tejidos biológicos están continuamente sujetos a estrés mecánico proveniente de su sustrato circundantes, por lo que analizar y controlar las fuerzas que influyen en su comportamiento supondría un hito para el mundo de la “mecanobiología”.
"Hemos consolidado un marco completo para estimular los sistemas celulares con materiales inteligentes magnetoactivos"
Este sistema propuesto por 4D-BIOMAP está basado en el uso de polímeros magnetoactivos extremadamente blandos que imitan la rigidez de los materiales biológicos. Gracias a sus características, estos materiales permiten a los investigadores realizar un control sin ataduras de los sustratos biológicos, una vez que los cambios mecánicos que se les apliquen durante la experimentación podrán ser reversibles.
“Toda esta ciencia básica la hemos empleado para, apoyados por el modelo computacional, diseñar un sistema de actuación inteligente que, acoplado a un microscopio desarrollado dentro de la ERC, nos permite visualizar la respuesta celular in situ. De esta manera, hemos consolidado un marco completo para estimular los sistemas celulares con materiales inteligentes magnetoactivos”, explica el investigador responsable de 4D-BIOMAP, Daniel García González.
ANALIZAR CÓMO SE DAÑAN LAS CÉLULAS EN TIEMPO REAL
“Hemos conseguido reproducir las deformaciones locales que ocurren en el cerebro cuando está sometido a un impacto. Esto permitiría reproducir en el laboratorio estos casos, analizando en tiempo real lo que les ocurre a las células y cómo se dañan. Además, hemos validado el sistema demostrando su capacidad para transmitir fuerzas a las células y actuar sobre ellas”, apunta García González sobre este nuevo método.
Para detallar su funcionamiento, la UC3M explica mediante la siguiente imagen las características del material y su actividad. La imagen superior muestra las fuerzas generadas por un campo magnético externo sobre las partículas incrustadas en el material. Estas interacciones son simuladas por un modelo computacional capaz de guiar el proceso de fabricación y experimentación, lo cual se observa en la imagen intermedia.
Y por último, las fuerzas generadas son transmitidas a las células cultivadas sobre el material inteligencia, tal y como se puede ver en la imagen inferior. Es esta actuación sobre las células la que da lugar a cambios o activación de sus funciones biológicas, como pueden ser la proliferación, migración u orientación, entre otros, concluye la UC3M.
El artículo científico que describe este método ha sido publicado en la revista Applied Materials Today y ha contado con la participación de investigadores de la University of the West of England de Bristol, del Imperial College London y del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón de Madrid. Por parte de la UC3M, además de Daniel García González, también han participado los profesores Miguel Ángel Moreno, Jorge González, Clara Gómez, Maria Luisa López y Ángel Arias, del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras; y Arrate Muñoz y Diego Velasco, del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial.
Respecto a 4D-BIOMAP, se trata de un proyecto de cinco años de duración financiado con 1,5 millones de euros por el Consejo Europeo de Investigación a través de una ayuda ERC Starting Grant del Programa Marco de Investigación e Innovación de la Unión Europea, Horizonte 2020.