Nanoagujas

Un equipo de investigadores del Houston Methodist Research Institute de EEUU y del Imperial College de Londres ha desarrollado una clase de dispositivos nanométricos descriptibles como agujas inyectoras (nanoagujas), que impulsan a nuevos vasos sanguíneos a desarrollarse. La técnica, probada con éxito en ratones, en un futuro podría ayudar a hacer que órganos y nervios dañados se reparen a sí mismos, y a que órganos trasplantados prosperen con un riesgo de rechazo mínimo. Esto permitirá personalizar tratamientos para cada paciente, lo que proporciona una infinidad de posibilidades para la detección, el diagnóstico y la terapia de alteraciones en el organismo.

Esto serviría, por ejemplo, para curar zonas de la piel quedamas (las nanoagujas reprogramarían las células de esas áreas para que la lesión se recuperase con tejido funcional, en lugar de formar una cicatriz) o para cubrir órganos e implantes incorporados al cuerpo, y así promover su integración sana en el organismo.

La imagen muestra una célula humana individual (marrón) sobre un “bosque” de nanoagujas (azul). Esta espectacular imagen fue captada por los investigadores usando microscopía electrónica.

Funcionamiento y características 

Las nanoagujas funcionan liberando ácidos nucleicos a un área específica. Estos ácidos son los componentes básicos de todos los organismos vivos; y se encargan de codificar, transmitir y expresar la información genética. Los científicos están investigando formas de utilización de estos ácidos para reprogramar las células y que estas lleven a cabo diferentes funciones.

Las nanoagujas, por otra parte, son pequeñas estructuras porosas que actúan como una esponja, para cargar significativamente más ácidos nucleicos que cualquier estructura sólida. Esto hace que sean más eficaces en la liberación de su carga útil. Pueden penetrar en la célula, sin pasar por su membrana externa, para liberar los ácidos nucleicos sin dañar o matar a la célula.

Por último, las nanoagujas están hechas de silicio biodegradable, lo que significa que se pueden dejar en el cuerpo sin riesgo tóxico. El silicio se degrada en aproximadamente dos días, dejando sólo una cantidad insignificante de una sustancia inofensiva llamada ácido ortosilícico.

• El grupo de investigación aspira ahora a desarrollar un material similar a un vendaje flexible que contenga a las nanoagujas, para su aplicación en distintas partes del cuerpo, interna o externamente. En el área cubierta con este vendaje, las nanoagujas liberarían los ácidos nucleicos necesarios para reparar y restablecer la programación celular.

La imagen muestra células humanas (en verde) en nanoagujas (naranja). Los nanoagujas han inyectado ADN en los núcleos de las células (en azul). La imagen fue tomada por los investigadores con microscopía óptica. 

Experimentación y resultados 

En un experimento descrito en la revista Nature Materials, el equipo de científicos ha demostrado que se pueden liberar ácidos nucleicos de ADN y ácidos nucleicos de interferencia (siRNA) en células humanas, en laboratorio y con la ayuda de sus nanoagujas.

También han demostrado que se pueden suministrar ácidos nucleicos en los músculos del lomo de ratones, con esta misma técnica. En este caso, tras siete días, se produjo un incremento de seis veces en la formación de nuevos vasos sanguíneos en el ratón.

Además, esos nuevos vasos sanguíneos siguieron formándose durante un período de 14 días. La técnica, por otro lado, no causa inflamación u otros efectos secundarios dañinos.

Espermatozoides in vitro

Científicos franceses lograron crear espermatozoides in vitro a partir de células madre testiculares, una primicia mundial que, según este equipo de expertos, podría revolucionar a largo plazo el tratamiento de la infertilidad masculina. Desde aquel anuncio, el proyecto avanzó, se registraron patentes y presentaron la publicación de sus trabajos a una revista científica. Todo aquello con el aval del Centro Nacional francés de Investigaciones Científicas (CNRS).

Para lograrlo se necesitaron 20 años de investigaciones que permitieron alcanzar las condiciones de cultivo en las que pudieron transformarse espermatogonias -células inmaduras presentes en todos los varones, incluso en los impúberes, y que bajo condiciones normales se vuelven células espermáticas a partir de la pubertad- en espermatozoides. 

Se demostró que los espermatozoides pueden crearse a partir de tejidos obtenidos por biopsia de los testículos de hombre pero el proceso es relativamente complejo y su duración es de 72 días. Con muy pocos milímetros cúbicos de tejido testicular es posible crear un número más que suficiente de espermatozoides para realizar una fecundación in vitro que permita dar nacimiento a un niño.

El procedimiento ha sido bautizado como “Artistem”, y según Philippe Durand, científico promotor del proyecto, podría resolver "entre el 30% y 50%" de los problemas de infertilidad masculina. 

Regeneración del tejido cartilaginoso

La Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación (Seciti) del gobierno de la ciudad de México presentó un proyecto que hace posible la reparación de lesiones del cartílago en la rodilla, una de las afectaciones más comunes causadas por accidentes de tránsito, deportivos o laborales.

1. En esta técnica el paciente es sometido a dos cirugías artroscópicas; la primera para tomar la biopsia del cartílago, de la cual se aíslan las células llamadas condrocitos.
2. Luego, al ser cultivadas en el laboratorio, estas se multiplican en millones para luego ser implantadas al paciente en una segunda operación.
3. El tejido nuevo implantado se integra al dañado y regenera la lesión del cartílago, después de hacer este procedimiento, el paciente puede integrarse a sus actividades en 15 días.

Este procedimiento permite resolver lesiones que pueden ser muy incapacitantes, que además de producir dolor, predisponen al desarrollo de osteartristis, que es el desgaste de la articulación y que puede llevar a resultados dramáticos, especialmente en pacientes jóvenes, los cuales podrían requerir de una prótesis con los costos y efectos que esto tiene a largo plazo.

Organoides cerebrales

El equipo liderado desde el Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, ha conseguido desarrollar organoides cerebrales (grupos de células organizadas de forma parecida a un órgano natural) partiendo de un cultivo de células madre pluripotentes inducidas (que tienen el potencial de generar la mayoría de tejidos). 

Imagen de un organoide cerebral obtenida mediante microscopía de fluorescencia. En
verde, se observan las neuronas, y en magenta, las células progenitoras.

• Los fragmentos de este tejido se mantienen en un cultivo tridimensional y se embeben en gotas de un gel que actúa de base para que pueda crecer. Para favorecer la absorción de los nutrientes, transferimos después las gotas de gel a un biorreactor giratorio, y en unas tres o cuatro semanas ya están formadas y definidas las regiones cerebrales
• En los organoides cerebrales resultantes se pueden diferenciar regiones como corteza cerebral, retina, meninges o el plexo coroideo (porción del encéfalo que forma el líquido cefalorraquídeo).
• Después de dos meses de desarrollo, los minicerebros alcanzan su tamaño máximo, aunque pueden sobrevivir indefinidamente –en la actualidad hasta 10 meses– en el biorreactor giratorio.Según los investigadores, probablemente, y de momento, no crecen más debido a la falta de un sistema de circulación eficaz que lleve los nutrientes y el oxígeno al interior del organoide.

La investigación con organoides o ha permitido crear un modelo biológico mediante el cual se puede ver cómo se desarrolla una rara enfermedad llamada microcefalia. Los investigadores creen que esta referencia podría ser usada para tratar trastornos como el autismo o ir un poco más lejos en la tarea de comprender qué es la esquizofrenia y cómo curar estas enfermedades que afectan a millones de personas en todo el mundo.

Piel sintética

Científicos de la Universidad de Stanford (California) han desarrollado un prototipo de "piel artificial" mediante  materiales flexibles de semiconductores sensibles al contacto, con la finalidad de reproducir la sensibilidad de la piel humana, este nuevo avanze de la optogenética pretende mejorar la robótica para una mayor precisión y destreza en trabajos rudimentarios además de permitirle al usuario de extremidades prostéticas, erradicar el síndrome del miembro fantasma (afecta a 80% de los amputados).

 

• Los autores lograron convertir la presión estática de un objeto sobre la piel, en señales digitales comparables a los diferentes grados de resistencia mecánica que puede detectar la piel humana.
• Fueron capaces de transferir las señales sensoriales a las células cerebrales de ratones, lo que, según los investigadores, refuerza la esperanza de que las personas que usan prótesis puedan volver a percibir sensaciones en sus extremidades.
• El equipo de Stanford utilizó nanotubos de carbón en los sensores con microestructuras piramidales que, según los investigadores, son muy eficaces a la hora de transmitir las señales desde el campo magnético de objetos próximos al electrodo receptor en una forma que maximiza la sensibilidad.

EB‐101 (Vacuna contra la enfermedad de Alzheimer)

Científicos españoles del Centro de Investigación Biomédica EuroEspes diseñaron la primera vacuna contra la enfermedad de Alzheimer que presenta propiedades profilácticas (prevención) y terapéuticas (recuperación o mantenimiento) , se desarrolló mediante un proceso de inmunización en animales transgénicos, portadores de los genes humanos mutantes responsables del Alzheimer.

La enfermedad de Alzheimer (EA), también denominada demencia senil de tipo Alzheimer (DSTA), es una enfermedad neurodegenerativa que se manifiesta como deterioro cognitivo y trastornos conductuales. Se caracteriza en su forma típica por una pérdida de la memoria inmediata y de otras capacidades mentales, a medida que mueren las células nerviosas (neuronas) y se atrofian diferentes zonas del cerebro.

Desarrollo de la vacuna 

• En el modelo preventivo de la vacuna se vio que los animales inmunizados no desarrollaban la enfermedad a lo largo de la vida. La vacuna se experimentó en animales transgénicos portadores de las principales mutaciones genéticas responsables de la enfermedad en seres humanos.

• En el modelo terapéutico se comprobó que en los animales que manifestaban signos de degeneración cerebral, la administración de la vacuna reducía de forma espectacular los rasgos patogénicos genuinos que caracterizan a la enfermedad de Alzheimer en el cerebro: los depósitos de beta‐amiloide, los ovillos neurofibrilares y las reacciones neuroinflamatorias mediadas por las células gliales.

• Con esta modalidad de vacuna se evitaban las reacciones meningoencefalíticas letales que hicieron fracasar a otros modelos previos de vacunas anti‐Alzheimer.

La documentación oficial de la nueva vacuna EB‐101 de EuroEspes fue aprobada por la oficina de patentes de Estados Unidos a finales de 2011 y tiene el potencial de  prevenir la enfermedad y reducir eficientemente las lesiones cerebrales en aquellos casos en los que el Alzheimer ya se ha manifestado. Además de limpiar eficazmente los depósitos de la proteína beta‐amiloide (Aβ) causante de los daños cerebrales, no genera los efectos secundarios registrados en vacunas anteriores. La otra característica distintiva de esta vacuna es que va encapsulada en liposomas ricos en esfingosina‐1‐fosfato (S1P) que contribuyen a la regeneración neuronal.

eLEGS - EKSO (exoesqueleto robótico)

La compañía estadounidense Berkeley Bionics ha desarrollado un exoesqueleto robótico (máquina móvil a manera de armazón) destinado a la rehabilitación de personas que padecen paraplejía (lesión de la médula espinal) u otro tipo de discapacidad en los miembros inferiores, por lo que se podrá restaurar la movilidad en cierto grado además de mejorar la circulación sanguínea y la digestión de los usuarios. 

El esqueleto artificial se basa en la potencia de un sistema de motores hidráulicos que permiten la naturalidad del movimiento y en una interfaz sensorial que funciona con la gesticulación del usuario, lo cual posibilita la interpretación de sus intenciones y su respectiva traducción en movimientos. 

Características funcionales 

• Permite al usuario caminar en línea recta, pararse desde una posición sentada, permanecer de pie durante un período prolongado de tiempo y sentarse desde una posición derecha.

• El traje consiste en un equipaje ubicado en las espalda con un controlador conectado a unas piernas robóticas. Es impulsado por cuatro motores, dos para la cadera y uno por cada rodilla. Pesa un total de 45 libras (unos 20 kg).

• La velocidad al caminar depende de la aptitud del paciente y su condición, pero no es imposible alcanzar una velocidad máxima de 3,2 kilómetros por hora. 

• El equipo cuenta con baterías de litio-cobalto que permiten que el traje sea operado con total autonomía y tienen una duración de 6 horas de funcionamiento. 

• Es conveniente para los usuarios que pesan hasta 220 libras y que puedan transferirse a sí mismos de una silla de ruedas a una silla.