Un hidrogel inyectable capaz de: regenerar tejido infartado, injertos vasculares o válvulas cardiacas avanzadas
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Un hidrogel inyectable capaz de: regenerar tejido infartado, injertos vasculares o válvulas cardiacas avanzadas

Matilde Alonso

El Grupo de Materiales Avanzados y Nanobiotecnología (BIOFORGE) de la Universidad de Valladolid investiga sobre biomateriales capaces de curar enfermedades cardiovasculares. 

UVA/DICYT Parecen ciencia ficción, pero no lo son. Los ELRs (siglas en inglés de recombinámeros tipo elastina) son una familia de materiales sintéticos desarrollados por el Grupo de Materiales Avanzados y Nanobiotecnología (BIOFORGE) de la Universidad de Valladolid (UVa). Se trata de biopolímeros que, como su propio nombre indica, tienen un origen biológico y se obtienen gracias a la ingeniería genética.

 

La versatilidad de estos materiales es extraordinaria. Su estructura puede diseñarse “a la carta", lo que permite su adaptación a un amplio abanico de aplicaciones biomédicas. Además, gracias a su base biológica -la elastina, una proteína que ofrece elasticidad y resistencia-, tienen una elevada biocompatibilidad y capacidad de autoensamblado, entre otras propiedades. Todo ello los convierte en idóneos para sustituir y regenerar tejidos humanos.

 

Así lo explica Matilde Alonso Rodrigo, Catedrática de Química Analítica de la UVa e investigadora principal de un proyecto nacional de tres años de duración y dotado con más de 200.000 euros a través de fondos FEDER que ha patentado uno de estos biomateriales, en este caso, en forma de hidrogel. El objetivo es inyectar esta sustancia en el tejido cardiaco dañado tras un infarto de miocardio, para protegerlo de sufrir más daños y también para promover su regeneración.

 

“Los infartos producen daños irreversibles en el corazón. Los tejidos dañados no se regeneran, se produce una especie de cicatriz y eso limita la funcionalidad del corazón. Se pierden las propiedades mecánicas que tiene el tejido muscular cardiaco y eso genera una calidad de vida disminuida en el paciente", apunta la investigadora del Grupo BIOFORGE, quien recuerda que en la actualidad no existen tratamientos eficaces para prevenir o paliar esta situación.

 

“La idea de nuestro proyecto es inyectar el hidrogel antes de que se genere ese tejido cicatrizal en la zona del infarto, regenerando el tejido, lo que va a mejorar la funcionalidad del corazón en su conjunto. El material es capaz de atraer las células que están en la zona circundante del corazón que no ha sido lesionado, y esas células van a invadir ese hidrogel y van a formar su propia matriz extracelular y en consecuencia generar tejido muscular cardiaco funcional", detalla Alonso Rodrigo, al tiempo que añade que no es necesario inyectar el hidrogel inmediatamente, sino unos días transcurrido el infarto.

 

En los primeros experimentos realizados en modelos animales en la Universidad de Galway (Irlanda), concretamente en ovejas, los investigadores han observado una vascularización mayor y una cicatrización menor en los ejemplares a los que se ha administrado el hidrogel tras un infarto, frente a aquellos que no han recibido la inyección.

 

En estos momentos, el Grupo está tratando de obtener financiación para poder iniciar los ensayos en humanos, un paso tan complejo como necesario para poder llevar esta innovación a la práctica clínica. Asimismo, en el marco del proyecto nacional están estudiando diferentes principios activos que podrían inyectarse junto con el hidrogel para favorecer ese proceso de regeneración natural.

 

Injertos vasculares mejorados

 

Israel González de la Torre es también profesor de la UVa y miembro del Grupo BIOFORGE. Recibió el Premio Europeo de Doctorado en 2015 por su trabajo de tesis en el que, precisamente, avanzaba en la obtención de hidrogeles basados en ERLs. Ahora desarrolla otros proyectos del Grupo, como el centrado en la creación de injertos vasculares.

 

“Cuando se genera algún tipo de aneurisma o trombo, es necesario sustituir parte de ese vaso por otro nuevo. Hay varias opciones, una de ellas es extraer el vaso de otra parte del cuerpo del paciente y sustituirlo por el dañado, lo que puede generar problemas, y otra utilizar injertos vasculares de plástico, pero no tienen el comportamiento natural que se espera. Si en el momento de la sutura se pincha o tiene algún tipo de fractura, la rotura masiva", explica.

 

Para paliar estas deficiencias, el Grupo ha diseñado injertos vasculares a partir de ELRs y moldes impresos en 3D. Se trata de tubos que emulan los vasos sanguíneos y que se puede suturar sin romperse ni producir un trombo dentro. Además de reestablecer el flujo sanguíneo, el material es capaz de inducir una regeneración de la capa endotelial, la que recubre nuestras venas y arterias por dentro.

 

El equipo de BIOFORGE ha realizado diversos ensayos con estos injertos. En animales, han sido capaces de sustituir con éxito la arteria aórtica abdominal de un conejo por su injerto. El objetivo ahora es realizar ensayos en animales más grandes y con un sistema circulatorio más similar al humano, como el cerdo.

 

Válvulas cardiacas capaces de crecer

 

Asimismo, el Grupo BIOFORGE está aplicando sus materiales al diseño de válvulas cardiacas, una línea que entraña una complejidad adicional. “Los problemas valvulares son mucho más complicados y variados. A veces las válvulas se estropean porque se calcifican debido a la edad, al colesterol, a malos hábitos de vida… Pero también hay muchas enfermedades congénitas. Hay niños que nacen con una válvula que, en lugar de tener tres valvas –cada una de las “puertas" que se abren y cierran en cada latido del corazón-, solo tiene dos, o no llegan a cerrar completamente", detalla González de la Torre.

 

En estos momentos, la solución a estos problemas pasa por la sustitución de la válvula dañada o defectuosa por una mecánica. Pero estas prótesis terminan siendo rechazadas por el organismo o calcificándose y deben sustituirse cada cierto tiempo. Además, si el paciente es un niño, según va creciendo es necesario cambiarla periódicamente por una más grande. “Uno de los retos más complicados es conseguir una válvula que crezca con el propio niño. Hasta ahora se ha investigado con otro tipo de materiales, pero lo que acaba ocurriendo es que las células musculares que se generan dentro de la válvula son tan fuertes que acortan las valvas y éstas no llegan a cerrar completamente. Entonces la válvula regurgita y volvemos a tener el mismo problema", precisa el profesor de la UVa.

 

Para solventar estas deficiencias, el Grupo ha diseñado válvulas cardiacas basadas en ERLs que ya han sido probadas también de forma exitosa en biorreactores, dispositivos que imitan el funcionamiento del corazón. “Son totalmente funcionales y también pueden llevar células musculares dentro para generar tejido natural propio. Hemos visto, en biorreactor, que tras tres semanas siguen cerrando perfectamente y que han desarrollado esa matriz extracelular de colágeno sin que se lleguen a acortar las valvas. Es un procedimiento novedoso y prometedor que permitiría a la válvula crecer si el paciente es un niño y evitar someterle a otra cirugía posterior", agrega.

 

El siguiente paso en esta línea es probar estas válvulas en corazones explantados de animales. Pero este tipo de ensayos presentan una regulación muy compleja y es difícil avanzar, lo que frustra un poco las expectativas de los investigadores. Por ello, es necesario un empujón para que estos innovadores materiales, de una calidad y funcionalidad contrastada, terminen en el mercado y mejoren la calidad de vida de las personas, incluso salvando vidas.

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