Blanca Martínez / Andrés Gerlotti

En la actualidad, quienes padecen lesiones en los huesos o cartílagos pueden optar por implantes o prótesis metálicas en su tratamiento médico, con una duración de aproximadamente quince años. Pero ahora que los pacientes cada vez viven más tiempo, resultan necesarios implantes que sean capaces de funcionar durante el resto de sus vidas.

En el Instituto IMDEA Materiales, uno de los siete centros de excelencia IMDEA impulsados por la Comunidad de Madrid, se investigan y desarrollan nuevos materiales para regenerar tejidos dañados y hacer que recuperen su función.

La Dr. Jennifer Patterson, oriunda de Filadelfia, Estados Unidos, es la científica que lidera el grupo de investigación de Biomateriales y Medicina Regenerativa de IMDEA Materiales. Su trabajo se divide en dos vertientes.

La primera se encarga del desarrollo de nuevos materiales para aplicación médica, mientras que la segunda se enfoca en la medicina regenerativa, desarrollando materiales que ayuden a la regeneración de tejidos.

Dentro de este marco, el grupo de investigación está enfocado en aplicaciones para tejido óseo, y, a raíz del COVID-19, también para tejido pulmonar. Trabajan por tanto con dos tipos de materiales, los derivados biológicos extraídos de tejidos animales o de donantes humanos, y los sintéticos.

Cada uno tiene ventajas y desventajas: los derivados biológicos tienen una actividad biológica intrínseca que ayuda a la función de las células, pero también pueden representar inconvenientes al existir la posibilidad de acarrear enfermedades o problemas de compatibilidad entre el tejido animal y el del paciente humano.

«Eso dificulta la producción de este tipo de materiales», asevera Patterson. «A mí me interesa desarrollar materiales sintéticos que imiten las propiedades de los biológicos, de modo que podamos tener la bioactividad y función, pero con la capacidad de crearlo enteramente en el laboratorio y lograr un mayor control».

«Todavía estamos lejos de ser capaces de reemplazar un órgano. Hay tejidos en los que las células crecen bastante bien, como en el hueso. Por ejemplo, si alguien se rompe uno, en la mayoría de los casos, sólo debe volver a juntarlo para que las terminaciones se toquen y el hueso crezca y sane por sí solo. Sin embargo, es más difícil cuando se trata de operaciones como la del corazón debido a que las células musculares que se encuentran en él, no tienen capacidad regenerativa».

Otro de los objetivos de IMDEA Materiales, relacionado con la medicina regenerativa, es evitar que el sistema inmune del paciente receptor ataque al implante. Según la Dr. Patterson, cuando el tejido o las células de una persona son trasplantadas a otra, habrá reacciones en el cuerpo que tratarán de aniquilar esas células extrañas.

Es por eso que, cuando un paciente recibe un trasplante debe tener cierta compatibilidad. «Pero aun siendo compatibles,» explica Patterson, «tendrá que recibir medicamentos inmunosupresores para prevenir esa respuesta del sistema inmune. Nosotros trabajamos para, en vez de buscar esta compatibilidad celular, se puedan usar las propias células del paciente y prevenir así la agresiva reacción inmunitaria».

Posibles aplicaciones

Las investigaciones de Patterson y su equipo están aún lejos de poder ser comercializadas. La investigadora explica que su equipo lleva «tan sólo dos años investigando en IMDEA» y que «normalmente, el proceso de investigación que conduce a un producto comercial lleva mucho tiempo. Los más sencillos pueden durar menos de un lustro, pero los más complicados se pueden extender hasta quince años, y tienen muchos pasos necesarios como el testeo en animales y en humanos y la aprobación por parte de las autoridades».

El estudio que se encuentra en una fase más cercana a una prueba de concepto es la elaboración de implantes que cambian su forma una vez introducidos en el cuerpo. «Es un proyecto muy ambicioso y nuestro objetivo es que en cuatro años lo hayamos podido probar en animales» expresa Patterson.

Además, la científica resalta que, por el momento, su equipo está centrado únicamente en las primeras fases de investigación y no están interesados en hacer pruebas en humanos.

La meta final de la regeneración médica es acabar creando órganos enteros, incluso con células del propio paciente para evitar el rechazo de los implantes, pero es «difícil saber cuánto queda para que esto pase», apunta Patterson. «Despacito y con buena letra, pero algún día llegará», aclara Javier García, investigador del equipo de Patterson.

Una ciencia que no daña a los animales

Los ’Organs-on-chips’, con los que se han empezado a trabajar en IMDEA Materiales recientemente, son modelos de órganos humanos a una escala reducida. «Lo que queremos hacer es someter a tejidos simulados, cultivados por nosotros en unos chips microfluídicos, a todo tipo de pruebas a escala microscópica», explica Patricia Paramio, investigadora del equipo de Patterson.

Este tipo de tecnología les permite simular tejidos humanos y probar fármacos a un nivel «real y fiable». La idea a futuro es que, «si llegara otra enfermedad como la del COVID-19, poder probar el efecto que tiene un fármaco en células enfermas en tiempo real», expone Paramio. Y, además de obtener resultados de forma rápida, «lo haces en un dispositivo sin dañar ningún animal», añade la investigadora.  

Dos de los proyectos más importantes del Instituto en relación con el campo de la medicina regenerativa son BIOMET4D, un proyecto Pathfinder financiado por el Consejo Europeo de Innovación en el marco del programa Horizonte Europa (acuerdo de subvención nº 101047008) y MAMAP-CM, un proyecto financiado por la Comunidad de Madrid y por el Fondo de Desarrollo Regional de la Unión Europea «Una manera de hacer Europa».

Este último financiado en el marco de la respuesta de la Unión a la pandemia COVID-19, a través del convenio firmado entre la Comunidad de Madrid y la Fundación IMDEA Materiales para financiar actividades de investigación sobre el SARS-COV 2 y la enfermedad COVID-19 financiadas con los recursos REACT-UE del Fondo Europeo de Desarrollo Regional.