Investigadoras de la UNAL fabrican material para regenerar tejido cardíaco

Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en el mundo, y en Colombia el panorama no es diferente. La isquemia cardíaca, por ejemplo, es una condición que reduce el flujo sanguíneo al corazón y que afecta a más del 18 % de la población colombiana, según las Estadísticas Vitales de 2022 del DANE.

Este déficit en el suministro de sangre priva a las células del corazón (cardiomiocitos) del oxígeno y los nutrientes necesarios para su correcto funcionamiento. Como consecuencia se debilitan y pueden morir, lo que a largo plazo puede llevar a infartos e insuficiencia cardíaca, pues ellas son las responsables de bombear la sangre a todo el cuerpo y su regeneración es mínima.

La ingeniera química Ana María Muñoz González, doctora en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), creó un material basado en nanofibras, el cual conforma un andamio –técnicamente conocido como scaffold–, una estructura porosa que busca imitar la matriz extracelular del corazón y las condiciones del entorno natural de las células para que puedan crecer.

“Yo siempre digo que trabajamos engañando a las células, es decir que fabricamos un andamio que ellas ‘creen’ que es su ambiente natural, pero en realidad no lo es. Es un engaño celular para que puedan funcionar de forma coordinada”, comenta la profesora Dianey Clavijo Grimaldo, de la Facultad de Medicina, directora del estudio.

Aunque a través de la ingeniería de tejidos se han logrado avances como la regeneración de este tipo de células, el desafío global sigue siendo conseguir que las nuevas células se sincronicen eléctricamente con las que ya existen. Según las investigadoras de la UNAL, resolverlo resulta crucial para evitar arritmias y otras complicaciones graves en los pacientes.

“En el miocardio, aunque el tejido se regenera de manera similar, no adquiere actividad eléctrica. Es como cuando se corta el flujo de energía en unas luces navideñas; al interrumpirse la corriente, las luces dejan de encender. De igual manera, en el miocardio se interrumpe el impulso eléctrico que genera sus contracciones”, explica la doctora Muñoz.

Crear tejidos funcionales

Para el estudio se utilizó la técnica electrospinning, con la que se fabrican fibras a través de un método de inyección de una solución de polímero previamente preparada. Así, las expertas recrearon membranas de nanofibras (imperceptibles al ojo humano), con las que recrearon el ambiente natural de las células cardíacas.

La doctora Muñoz señala que “cuanto más pequeñas sean las fibras, mayor será la relación área-volumen en el andamio, lo cual facilita una mejor interacción celular e imita la porosidad del ambiente tridimensional –necesario para que las células crezcan– y permite la difusión de gases, nutrientes y otros factores de crecimiento”.

Después de numerosos experimentos con los que buscaban el material conductor ideal (que permite que la electricidad viaje con facilidad), las investigadoras llegaron al polipirrol, un polímero que, en comparación con otros materiales plásticos, puede conducir electricidad; lo incorporaron directamente sobre las nanofibras cuya base era otro polímero, llamado policaprolactona.

Según comentan las expertas, estos materiales se importaron en pequeñas cantidades y se aprovechó cada partícula para recrear 15 experimentos totalmente distintos, los cuales arrojaron información sobre su conductividad eléctrica, propiedades químicas, biológicas y mecánicas.

“De ahí salió el scaffold óptimo, con las mejores condiciones para su fabricación y aplicación en el miocardio. Asombrosamente este material condujo electricidad, y además mejoró la hidrofobicidad, lo que significa que las células se comportarían mejor en esta membrana porque simula su ambiente acuoso natural”, señalan.

Otro paso importante del estudio se dio en Alemania, donde la ingeniera Muñoz hizo una estancia. Allí utilizó equipos de alta tecnología y pudo comprobar que las células del miocardio eran biocompatibles, lo que indica que pueden crecer en el andamio y reproducirse.

Además de este desarrollo, también obtuvieron un andamio con la incorporación de grafeno, un material que hoy ha despertado gran atención por su alta conductividad eléctrica y sus excepcionales propiedades mecánicas.

“Incorporamos diferentes proporciones de grafeno, demostrando cómo estas mejoran significativamente varias propiedades de los andamios, manteniendo su biocompatibilidad”, comenta la experta.

Luego de este avance, el siguiente paso en la investigación serán las pruebas in vivo. Las científicas están listas para llevar la investigación a la fase de experimentación con animales, que es crucial antes de probar el material en humanos. “Ya contamos con la aprobación del Comité de Bioética y estamos a la espera de obtener los recursos necesarios para hacer las pruebas con ovejas, ya que su sistema cardiovascular es relativamente similar al de los humanos”, manifiestan.

Ampliar más detalles de la investigación aquí: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/03913988241266088