Implantes 'vivos' hechos con bacterias humanas

Científicos del instituto de investigación MESA, de la Universidad de Twente (Países Bajos), han desarrollado un método para integrar de forma natural células vivas en los materiales, al tiempo que se preservan todas las propiedades de dichas células.

Por otro lado, han conseguido cambiar bacterias de tal forma que estas puedan incorporarse a materiales hechos por el hombre, mediante enlaces débiles dinámicos (enlaces no covalentes).

El nuevo método abre el camino para implantes vivos, como los estents, en los que las células del revestimiento de los vasos sanguíneos pueden juntarse entre sí. La investigación se ha publicado en la revista científica ACS Nano.

Bloques orgánicos de construcción

La química supramolecular, explica la nota de prensa de la universidad, es la ciencia que se ocupa del autoensamblaje molecular: componentes químicos que, cuando se combinan, forman de manera natural estructuras ordenadas. En este caso, se mantienen juntas por los llamados enlaces no covalentes: enlaces débiles que juegan un papel clave en todos los procesos naturales.

En los enlaces covalentes, los átomos comparten dos electrones, mientras que en las interacciones débiles no covalentes, no. Los covalentes son los responsables de las estructuras primarias, definen la composición e identidad de cada biopolímero y las "configuraciones" que adopta cada grupo molecular, mientras que las débiles no covalentes son las responsables de la complejidad de las conformaciones que caracterizan la arquitectura molecular de las macromoléculas biológicas y los complejos supraestructurales.

Dentro de esta rama de la ciencia, la destreza está en desarrollar diversos bloques de construcción de tal manera que formen naturalmente las estructuras deseadas.

Los investigadores de la Universidad de Twente han encontrado un método que les permite garantizar que células vivas -en este caso bacterias del cuerpo humano- se pueden incorporar a los materiales manteniendo su movilidad.

Para ello, cambiaron el ADN de la bacteria E coli de tal manera que la sustancia CB[8] (una pequeña molécula de dos nanómetros de tamaño, cuyo nombre se deriva de la semejanza de esta molécula con una calabaza de la familia de las cucurbitáceas) se uniera a una proteína de la membrana celular. Esta sustancia puede luego pegarse de nuevo a otros bloques de construcción, formando una especie de velcro natural.

Aplicaciones

Este avance abre el camino a una amplia gama de nuevas aplicaciones, por ejemplo en implantes médicos. Los ejemplos incluyen estents equipados con bacterias en los que las células endoteliales (células que forman el revestimiento de los vasos sanguíneos) pueden desarrollarse, o bacterias que pueden liberar medicamentos en partes específicas del cuerpo.

Según el líder de la investigación, Pascal Jonkheijm, es un paso científico importante. "Con esta investigación, podemos incorporar bloques de construcción de la vida real en los materiales, al tiempo que conservan su función completa y su movilidad."

Auto-ensamblaje

La química del auto-ensamblaje y los enlaces débiles ha permitido a su vez a científicos alemanes diseñar un nuevo sistema para crear nanodispositivos de ADN, que reducen los tiempos de autoensamblaje de las piezas y permiten reconfiguraciones sencillas.

Estos nanodispositivos 'dinámicos' pueden ser un robot con brazos móviles, un libro que se abre y se cierra o un engranaje conmutable.

Referencia bibliográfica:

Shrikrishnan Sankaran, Mustafa Can Kiren, Pascal Jonkheijm: Incorporating Bacteria as a Living Component in Supramolecular Self-Assembled Monolayers through Dynamic Nanoscale Interactions. ACS Nano (2015). DOI: 10.1021/acsnano.5b00694.