La imagen superior muestra el conjunto de células epiteliales. Las líneas blancas en la imagen del centro marcan la corriente eléctrica que fluye de positivo a negativo sobre las células. La imagen inferior muestra cómo las células siguen el campo eléctrico: el color azul indica la migración hacia la izquierda, y el rojo señala movimiento hacia la derecha. Imágenes: Daniel Cohen. Fuente: UCBerkeley.
La ingeniería de tejidos es una rama de la bioingeniería que se sirve, entre otros métodos, de la combinación de células para mejorar o reemplazar funciones biológicas.
En este campo, la ciencia ha conseguido ya avances notables, como el de crear grandes cantidades de hueso humano maduro para trasplantes o el de mejorar el crecimiento celular para su aplicación a la regeneración de tejidos.
Un equipo de especialistas en esta disciplina, de la Universidad de Berkeley en California (EEUU), ha dado ahora un nuevo paso con el descubrimiento de una curiosa forma de combinar células. Utilizando una corriente eléctrica, los científicos lograron dirigir a voluntad el flujo de un conjunto celular.
El logro podría establecer las bases para la creación de formas más controladas de ingeniería de tejidos y para la creación de vendajes "inteligentes" que, además de proteger heridas, ayudarían a curarlas.
En los experimentos realizados por los científicos de la UCBerkeley, y descritos en la revista Nature Materials, se usó una lámina de células epiteliales, que son las que recubren todas las superficies libres del organismo y constituyen el revestimiento interno de las cavidades, órganos y conductos de nuestro cuerpo.
Los científicos constataron que, mediante la aplicación de una corriente eléctrica de alrededor de cinco voltios por centímetro, podían estimular la migración de las células a lo largo del campo eléctrico, de corriente continua.
Con la electricidad, los investigadores consiguieron desplazar los grupos celulares hacia la izquierda o hacia la derecha; que estos se separasen o que convergieran, e incluso que hicieran giros colectivos formando una “U”. También lograron crear formas elaboradas con las células, como un triceratops o el oso que hace de mascota de la Universidad.
“Pastoreando” células
"Estos son las primeras evidencias de que los campos de corriente continua se pueden utilizar para guiar deliberadamente la migración de una lámina de células epiteliales ", explica el principal autor del estudio, Daniel Cohen, en un comunicado de la UCBerkeley.
"Hay muchos sistemas naturales cuyas propiedades y comportamientos surgen de las interacciones de un gran número de unidades individuales: las dunas de arena, las bandadas de pájaros… incluso las células de nuestros tejidos. Del mismo modo que los perros pastores controlan el comportamiento de una manada de ovejas, podríamos manipular a las células biológicas para la ingeniería de tejidos", sigue diciendo Cohen.
Ya se había demostrado que la galvanotaxis o desplazamiento en función de las corrientes eléctricas podía servir para células individuales, pero aún no se había aclarado de qué forma podía influir en el movimiento celular colectivo.
"La posibilidad de dirigir el movimiento de una masa de células tendría gran utilidad como herramienta científica en ingeniería de tejidos", señala otro de los autores del estudio, el ingeniero Michel Maharbiz. "En lugar de manipular una célula a la vez, podríamos desarrollar algunas reglas simples de diseño que proporcionasen una señal global para controlar los conjuntos de células".
Este trabajo es fruto de un proyecto liderado por Maharbiz, en el que se pretende desarrollar nanomateriales electrónicos y sistemas bioelectrónicos flexibles para uso médico.
En agosto de 2012, el proyecto recibió una beca de dos millones de dólares de la National Science Foundation estadounidense para la creación de dichos nanomateriales, que se prevé puedan implantarse en el cuerpo para ayudar a la cicatrización de heridas, y que sean posteriormente reabsorbidos por el organismo de manera segura.
En este campo, la ciencia ha conseguido ya avances notables, como el de crear grandes cantidades de hueso humano maduro para trasplantes o el de mejorar el crecimiento celular para su aplicación a la regeneración de tejidos.
Un equipo de especialistas en esta disciplina, de la Universidad de Berkeley en California (EEUU), ha dado ahora un nuevo paso con el descubrimiento de una curiosa forma de combinar células. Utilizando una corriente eléctrica, los científicos lograron dirigir a voluntad el flujo de un conjunto celular.
El logro podría establecer las bases para la creación de formas más controladas de ingeniería de tejidos y para la creación de vendajes "inteligentes" que, además de proteger heridas, ayudarían a curarlas.
En los experimentos realizados por los científicos de la UCBerkeley, y descritos en la revista Nature Materials, se usó una lámina de células epiteliales, que son las que recubren todas las superficies libres del organismo y constituyen el revestimiento interno de las cavidades, órganos y conductos de nuestro cuerpo.
Los científicos constataron que, mediante la aplicación de una corriente eléctrica de alrededor de cinco voltios por centímetro, podían estimular la migración de las células a lo largo del campo eléctrico, de corriente continua.
Con la electricidad, los investigadores consiguieron desplazar los grupos celulares hacia la izquierda o hacia la derecha; que estos se separasen o que convergieran, e incluso que hicieran giros colectivos formando una “U”. También lograron crear formas elaboradas con las células, como un triceratops o el oso que hace de mascota de la Universidad.
“Pastoreando” células
"Estos son las primeras evidencias de que los campos de corriente continua se pueden utilizar para guiar deliberadamente la migración de una lámina de células epiteliales ", explica el principal autor del estudio, Daniel Cohen, en un comunicado de la UCBerkeley.
"Hay muchos sistemas naturales cuyas propiedades y comportamientos surgen de las interacciones de un gran número de unidades individuales: las dunas de arena, las bandadas de pájaros… incluso las células de nuestros tejidos. Del mismo modo que los perros pastores controlan el comportamiento de una manada de ovejas, podríamos manipular a las células biológicas para la ingeniería de tejidos", sigue diciendo Cohen.
Ya se había demostrado que la galvanotaxis o desplazamiento en función de las corrientes eléctricas podía servir para células individuales, pero aún no se había aclarado de qué forma podía influir en el movimiento celular colectivo.
"La posibilidad de dirigir el movimiento de una masa de células tendría gran utilidad como herramienta científica en ingeniería de tejidos", señala otro de los autores del estudio, el ingeniero Michel Maharbiz. "En lugar de manipular una célula a la vez, podríamos desarrollar algunas reglas simples de diseño que proporcionasen una señal global para controlar los conjuntos de células".
Este trabajo es fruto de un proyecto liderado por Maharbiz, en el que se pretende desarrollar nanomateriales electrónicos y sistemas bioelectrónicos flexibles para uso médico.
En agosto de 2012, el proyecto recibió una beca de dos millones de dólares de la National Science Foundation estadounidense para la creación de dichos nanomateriales, que se prevé puedan implantarse en el cuerpo para ayudar a la cicatrización de heridas, y que sean posteriormente reabsorbidos por el organismo de manera segura.
Aplicaciones médicas
Nuestros cuerpos están llenos de iones que fluyen y soluciones salinas, por lo que no es de extrañar que las señales eléctricas jueguen un papel importante en nuestra fisiología, en procesos como las transmisiones neuronales o la estimulación muscular.
Pero "el fenómeno eléctrico que estamos explorando se distingue de estos procesos, en que la corriente producida proporciona una señal para la migración de las células", explica Maharbiz.
Los autores del estudio están explorando el papel de las señales bioeléctricas en el proceso de cicatrización de heridas, en base a un descubrimiento de 1843, que constató que las lesiones el cuerpo provocan un cambio en el campo eléctrico de la zona herida.
Mediante la cartografía de los cambios en el campo eléctrico cuando se produce una lesión y cuando ésta se sana, los investigadores podrían desarrollar una tecnología que ayude a acelerar y mejorar el proceso de sanación.
"Estos datos demuestran claramente que el tipo de control celular que necesitaríamos para un vendaje inteligente sería posible. La siguiente parte de nuestro trabajo se centrará en la adaptación de esta tecnología para su uso en lesiones reales ", concluye Cohen.
En 2010, científicos de la Universidad de Bath, en el Reino Unido, también crearon un vendaje inteligente, aunque no tenía nada que ver con la manipulación celular. Éste simplemente era capaz de liberar bactericidas sobre las heridas en presencia de patógenos, para destruirlos.
Nuestros cuerpos están llenos de iones que fluyen y soluciones salinas, por lo que no es de extrañar que las señales eléctricas jueguen un papel importante en nuestra fisiología, en procesos como las transmisiones neuronales o la estimulación muscular.
Pero "el fenómeno eléctrico que estamos explorando se distingue de estos procesos, en que la corriente producida proporciona una señal para la migración de las células", explica Maharbiz.
Los autores del estudio están explorando el papel de las señales bioeléctricas en el proceso de cicatrización de heridas, en base a un descubrimiento de 1843, que constató que las lesiones el cuerpo provocan un cambio en el campo eléctrico de la zona herida.
Mediante la cartografía de los cambios en el campo eléctrico cuando se produce una lesión y cuando ésta se sana, los investigadores podrían desarrollar una tecnología que ayude a acelerar y mejorar el proceso de sanación.
"Estos datos demuestran claramente que el tipo de control celular que necesitaríamos para un vendaje inteligente sería posible. La siguiente parte de nuestro trabajo se centrará en la adaptación de esta tecnología para su uso en lesiones reales ", concluye Cohen.
En 2010, científicos de la Universidad de Bath, en el Reino Unido, también crearon un vendaje inteligente, aunque no tenía nada que ver con la manipulación celular. Éste simplemente era capaz de liberar bactericidas sobre las heridas en presencia de patógenos, para destruirlos.
Referencia bibliográfica:
Daniel J. Cohen, W. James Nelson, Michel M. Maharbiz. Galvanotactic control of collective cell migration in epithelial monolayers. Nature Materials (2014). DOI: 10.1038/nmat3891.
Daniel J. Cohen, W. James Nelson, Michel M. Maharbiz. Galvanotactic control of collective cell migration in epithelial monolayers. Nature Materials (2014). DOI: 10.1038/nmat3891.