Boletín UNAM-DGCS-197
Ciudad Universitaria.
11:00 hs. 5 de abril de 2015

Mathieu Hautefeuille

FABRICAN ANDAMIOS 3D QUE BIOMIMETIZAN AMBIENTE NATURAL DE LAS CÉLULAS

• Se trata de soportes transparentes para cultivo celular, creados con un método de microestructuración inventado en la Facultad de Ciencias de la UNAM
• Han podido hacerlos gracias a un nuevo método que inventaron para micrograbar con equipo láser y que está en proceso de patente
• Investigadores mexicanos los probarán en células de hígado y pulmón para estudiar fibrosis

Microtecnólogos de la UNAM fabrican microchips 3D para cultivo celular que permitirán a biólogos y médicos entender mejor algunos procesos patológicos y saber cómo los fármacos afectan realmente a las células de un paciente.

Estos andamiajes, que biomimetizarán el entorno natural de las células, serán producto del Estudio y fabricación de dispositivos microestructurados para cultivo celular, proyecto que cuenta con el apoyo PAPIIT (Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica)de esta casa de estudios.

En el diseño, microfabricación y caracterización de estos soportes celulares participan ingenieros, biólogos, físicos, médicos y estudiantes de diversos posgrados y licenciaturas de la Universidad Nacional, así como de los institutos nacionales de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán (INCMNSZ) y de Enfermedades Respiratorias (INER).

Desde hace dos años, Mathieu Hautefeuille elabora andamios en el Taller de Óptica Láser de la Facultad de Ciencias (FC) de la UNAM. Pero diseñarlos para que "permitan biomimetismo" surgió a iniciativa de biólogos y médicos por su necesidad de trabajar con células in vitro que sean las mismas que in vivo, señaló el universitario.

Una célula humana no es la misma en nuestro cuerpo que en una caja de Petri. Al sembrarla aquí, en minutos cambia de tal forma que al estudiarla ya es otra. Marina Macías Silva, del Instituto de Fisiología Celular (IFC), explicó que al analizar la genética de un hepatocito in vitro, se observó que su expresión genética nada tenía que ver con la de una célula de hígado.

Crear esas "casitas" con estructura geométrica tridimensional, hechas a la medida de una célula de pulmón, de hígado o de piel, es una apuesta mundial de grupos que hacen andamiajes, entre ellos el que encabeza el microtecnólogo Hautefeuille.

Diseñar microchips que se biomimeticen implica fabricarlos con características similares (estructura, rigidez y propiedades físico-químicas, entre otras) a las de la matriz que soporta las células en el cuerpo humano.

En una primera etapa, el universitario y sus colaboradores buscan que sean inertes, para que no haya propiedad química que afecte a la célula. Luego se trabajará con biólogos para incorporar compuestos químicos como vía de señalización entre células (como el silicón es un material poroso, se podrán liberar "poco a poco", dijo).

Físicamente se pretende controlar la rigidez para que el andamio se parezca lo más posible a la matriz natural de la célula. Para eso se construyen con materiales que permitan un amplio rango de viscoelasticidad, que soporten desde células de pulmón, hasta cartílago.

Serán a la medida del ambiente de cada célula. Su forma geométrica podrá ser un cuadro, un círculo o una rejilla del tamaño más conveniente, en escalas similares a las de las células. Esa, apuntó, es una ventaja de nuestro proyecto. Se podrán fabricar con la forma que soliciten biólogos y médicos.

Los materiales con que se elaboran son polímeros  biocompatibles. Se busca que le guste a la célula, para que no la vaya a dañar o no haya respuesta inmune; que no la rechace por si en un futuro se implanta en el cuerpo, aunque hoy el objetivo es que sea una especie de caja de Petri.
Se hacen básicamente con un silicón fácil de trabajar, aunque en un principio fue difícil grabarlo con láser, resaltó el experto en MEMS (sistemas microelectromecánicos).

Para fabricarlos no usan precisamente métodos de MEMS. Hautefeuille expuso que es más bien "ciencia de miniaturización", pues con precisión micrométrica construyen los andamios tridimensionales, pero con un método no convencional.

Mucha gente elabora andamios con láseres de alta potencia, pero hacerlos transparentes, como las cajas Petri, que permitan estudiar células bajo el microscopio, “era un poco difícil” con láseres de bajas energías. En dos años lograron, con un láser barato y un “método que nos ingeniamos”, grabar (hacer canales a escala micrométrica) casi cualquier estructura que no absorba la luz.

Gracias a un nuevo método que inventaron para micrograbar con equipo láser y que está en proceso de patente, han podido hacer andamios 3D transparentes y ya tienen "poquitos, pero interesantes resultados biológicos" (a las células les gusta el soporte). Ahora la FC adquirirá equipo que hace lo mismo, pero en nano.

El equipo de la UNAM demostró la viabilidad de su concepto de andamio tridimensional al imitar un diseño hecho en Japón hace unos años, pero con procesos convencionales (usando semiconductores, resinas y fotolitografía): hicieron un cordón de células de hígado, que las limitaba y conserva su forma, además de propiciar la unión celular y la producción de bilis.

"Hicimos el mismo diseño con nuestra máquina, que costó 20 mil pesos, y en un polímero". Como parte del estudio, nuestros chips se probarán en dos proyectos de células de hígado y pulmón, para demostrar que podemos hacer lo mismo, subrayó.

Uno es con el Departamento de Trasplantes, coordinado por Mario Vilatoba Chapa, del INCMNSZ. Aczel Sánchez Cedillo, médico cirujano de trasplantes de hígado, como parte de su doctorado, trabajará con chips hechos en la UNAM para cultivar hepatocitos de pacientes y "medir cómo se comportan las células en sus sustratos" para probar, por ejemplo, drogas y nano compatibilidad.
El otro proyecto es con el grupo de Moisés Selman, del INER, y con Annie Pardo, investigadora emérita de la FC. Ellos probarán chips que biomimetizarán el ambiente de neumocitos para entender mejor la fibrosis, que es un proceso patológico de cicatrización constante en pulmón.

Aunque la estructura y rigidez de los microchips para ambos proyectos son diferentes, para Hautefeuille la labor es similar. Se trata de ver qué tipo de diseño necesitan y controlar el polímero para que la rigidez se parezca a la de la matriz natural de la célula.

En el Instituto de Investigaciones en Materiales se medirá la rigidez. Francisco Sánchez Arévalo y Juan Hernández Cordero, que trabajan el mismo polímero y estudian su mecánica, intentarán controlar sus propiedades para cultivo.

El objetivo inmediato es continuar con el diseño de estructuras 3D (“seguir reproduciendo, con nuestra técnica, lo que se ha hecho en el mundo”), hacer electrónica para el chip (electrodos sobre el polímero para sensar eléctricamente por fuera lo que pasa con la célula, medir su crecimiento y controlar su alineación), generar microflujo (incorporar  nutrientes) y caracterizar las células (como es transparente se pueden observar en un solo proceso, para ver si hacen unión, cambian su fenotipo y qué genes expresan).

"Demostrar que todos los parámetros que podemos controlar influyen en la proliferación o viabilidad de la célula, tanto en hígado como en pulmón, es lo que haremos este año", abundó.

Se fabrican en el Laboratorio de Óptica Láser de la FC, que algún día Hautefeuille espera sea un laboratorio de servicio, con capacidad de hacer chips con tal o cual propiedad, rápido y con un costo reducido, y si algo no funciona, cambiarlos sin que cueste 50 mil o 100 mil pesos hacerlo.

Se podría dar servicio a la industria farmacéutica. Estas estructuras serían de gran utilidad para saber qué impacto tiene cierto fármaco en algunos tipos de células. Además serán personalizadas; a un paciente se le podrá tomar una biopsia y probar una serie de drogas o sustancias en sus células depositadas en andamios 3D.
En una cirrosis o fibrosis, el hígado ya no tiene esa funcionalidad porque las células mismas ya no hacen su labor. En estos casos, mientras se espera el trasplante de órgano, podrían ser de utilidad para estudios celulares.

No sustituirían un órgano, no es su función. No podemos pensar todavía en eso, pero a futuro se espera llegar a tener un órgano completo, sintético, con este método u otro, concluyó Hautefeuille.

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