Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado biomembranas de nanocelulosa bacteriana para utilizarlas como sustrato o apósito que permita asentar células madre en la superficie ocular durante el tratamiento de trastornos oculares. Los investigadores, del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), publican en la revista Small los resultados sobre la producción y caracterización de este nuevo material.
Los ojos tienen una superficie muy delicada que puede verse afectada por diversos problemas, como enfermedades inflamatorias, quemaduras o traumatismos. Las consecuencias de estos trastornos oculares (como opacificación, vascularización y cicatrización de la córnea) pueden provocar una pérdida total o parcial de la visión.
Una posible respuesta para su tratamiento se puede encontrar en las células madre límbicas, que se encuentran en el limbo corneal y podrían reemplazar las células perdidas en la córnea. Un trasplante de este tipo de células en la zona afectada podría curar la córnea, pero es un proceso complejo y delicado. El trasplante eficaz de las células requiere un sustrato apropiado para fijarlas en la córnea. Se requiere una combinación muy específica de propiedades para un correcto trasplante.
El estudio, de las investigadores del ICMAB-CSIC Anna Roig, Anna Laromaine e Irene Anton, propone utilizar la nanocelulosa bacteriana como apósito para retener las células madre límbicas en la córnea. Su trabajo se centra en el uso de éstas células, derivadas de células madre embrionarias humanas, y se realizó en colaboración con la profesora Heli Skottman de la Universidad de Tampere (Finlandia), experta en el uso de células madre para aplicaciones oculares.
De las bacterias a las pruebas ex vivo
La investigadora Irene Anton,explica cómo se prepara la nanocelulosa bacteriana, el primer paso de este proceso: “La nanocelulosa bacteriana es producida espontáneamente como polisacárido extracelular por diversos tipos de bacterias. Casi todo el trabajo de producción lo realizan las bacterias: incubamos cultivos líquidos de Komagataeibacter xylinus durante 3-4 días, hasta que se forma un hidrogel gelatinoso en la interfaz entre el medio de cultivo líquido y el aire. Esta película se limpia y esteriliza y ya se puede utilizar en nuestros proyectos biomédicos".
Las células madre se unen a la nanocelulosa gracias a un recubrimiento de matriz extracelular. Para conseguir un recubrimiento homogéneo y completo de la nanocelulosa bacteriana, se utiliza un reactor de plasma. Estas muestras se caracterizan mediante una serie de experimentos y técnicas, como la medición de la transmisión de luz a través de la muestra o estudios sobre la viabilidad de las células. El estudio incluye una evaluación preliminar ex vivo de los apósitos en un cultivo de córneas porcinas como trasplante simulado.
“El cultivo ex vivo de ojos de cerdo es un modelo muy conveniente, económico y ético para realizar estudios preliminares de biomateriales dirigidos a la superficie ocular. Permite evaluar aspectos simples pero muy relevantes de los materiales como: ¿se puede suturar a la superficie ocular? ¿El apósito es lo suficientemente robusto como para colocarlo en la córnea durante cierto tiempo? ¿Es fácil de manipular? El tamaño de los ojos de los cerdos es bastante similar al de los humanos y se puede estudiar la regeneración del epitelio corneal porque las células de la córnea están vivas durante el cultivo. La limitación es que no hay intervención del sistema inmunológico y, por lo tanto, no podemos concluir si el apósito provocaría reacciones inmunitarias o no. Para eso, necesitaríamos el animal completo".
Ventajas de la nanocelulosa bacteriana como apósito ocular
La nanocelulosa bacteriana es solo una de las opciones que se están estudiando para esta aplicación. Otros polímeros naturales, como el colágeno, la fibrina o el ácido hialurónico, son bastante populares. Incluso los sustratos sintéticos fabricados por electrohilado son prometedores.
La nanocelulosa bacteriana tiene muchas propiedades que la convierten en una buena candidata para el vendaje de la superficie ocular: “Tiene una alta estabilidad térmica, que permite no solo la esterilización a alta temperatura, sino también la criopreservación en tanques de nitrógeno. Además, el proceso de producción es bastante simple y no es necesario utilizar productos químicos peligrosos ni realizar ninguna síntesis", añade Anton.
El estudio ha demostrado que la nanocelulosa bacteriana permite que las células madre límbicas humanas creen nuevas células hijas y sobrevivan durante períodos prolongados, manteniendo las características de células madre. Al mismo tiempo, proporciona un soporte mecánico fácil de manipular.
Este biomaterial es biocompatible, robusta y adaptable a la forma abovedada de la córnea. Sin embargo, un factor clave dificulta su uso potencial: no es completamente transparente. “Por ahora, no podemos pensar en córneas artificiales hechas de nanocelulosa bacteriana. Más bien nos centramos en los apósitos temporales que se utilizan para tratar una patología corneal durante un cierto tiempo y luego se retiran".
El futuro de la nanocelulosa bacteriana como vehículo celular
La investigadora Irene Anton augura que la nanocelulosa bacteriana podría usarse incluso como vehículo celular en otros tratamientos terapéuticos: “Mi visión a largo plazo es crear productos terapéuticos formados a partir de células madre sembradas sobre membranas de nanocelulosa, listos y fáciles de usar, y disponibles para tantos hospitales como sea posible. Para eso, necesitamos un buen método de almacenamiento, probablemente crioalmacenamiento y, por supuesto, escalar la producción tanto de células como de nanocelulosa bacteriana, y cumplir con todos los requisitos reglamentarios".
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