Elaboración de la piel artificial a partir de hidrogeles a base de pescado

La piel es el órgano más grande del cuerpo humano. Representa alrededor del 15% de nuestro peso corporal y nos protege de los patógenos, la deshidratación y los extremos de la temperatura. Por lo tanto, las enfermedades de la piel son más que desagradables: pueden volverse peligrosas rápidamente para los pacientes afectados. Aunque afecciones como el cáncer de piel, las heridas crónicas y las enfermedades autoinmunes de la piel están muy extendidas, a menudo no entendemos completamente por qué se desarrollan y cómo podemos tratarlas de manera efectiva.

Para encontrar respuestas a estas preguntas, los investigadores de Empa están trabajando junto con socios clínicos en un modelo de piel humana. El modelo permitirá a los científicos simular enfermedades de la piel y, por lo tanto, comprenderlas mejor.

Este no es una computadora o modelo de plástico. Más bien, los investigadores del laboratorio de Empa para membranas y textiles biomiméticos y su laboratorio para biointerfaces apuntan a producir una «piel artificial» viva que contiene células y emula la estructura en capas y arrugadas de la piel humana. El proyecto es parte de la Iniciativa de Investigación Suiza Skintegrity.CH.

Para recrear algo tan complejo como la piel, se necesitan materiales de construcción adecuados. Aquí es donde los investigadores de Empa han progresado recientemente: han desarrollado un hidrogel que cumple con los requisitos complejos y al mismo tiempo que son fáciles de fabricar. La base: gelatina de la piel de pescado de agua fría.

Más que solo células

Como la mayoría de los tejidos, la piel consta de células que están incrustadas en una llamada matriz extracelular: una red de proteínas y otras biomoléculas que proporciona al tejido forma y estructura y sostiene las células. La matriz extracelular difiere del tejido al tejido, en el caso de la piel incluso de una capa a otra. Es crucial utilizar una sustitución adecuada para esta matriz para diseñar un modelo de piel representativo.

Una forma de simular la matriz extracelular es usar hidrogeles: polímeros especiales cuyas cadenas están reticuladas de una manera que les permite absorber grandes cantidades de agua y otros fluidos. Son particularmente adecuados para simular la matriz extracelular de la piel que contiene una gran cantidad de agua y otros fluidos. Otra ventaja: muchos hidrogeles se pueden procesar utilizando una impresora 3D.

«La impresión 3D es poderosa para el desarrollo del modelo de piel. Las células de la piel pueden integrarse en la matriz de hidrogel en patrones específicos y no al azar», dice Kongchang Wei, líder grupal de los materiales blandos regenerativos de tejido del grupo de investigación articular. «La impresión 3D nos permite combinar múltiples materiales y tipos de células en una sola estructura, al igual que la piel real».

Sin embargo, debido a su capacidad para absorber agua, la mayoría de los hidrogeles se hinchan considerablemente cuando entran en contacto con el líquido después de la impresión 3D. La hinchazón cambia su forma y las hace diferentes del modelo de piel diseñado en capas. Aunque existen hidrogeles que no sean malhumorados, generalmente son muy difíciles de producir, o impresión 3D.

«Hemos descubierto que la naturaleza ya tiene una solución mucho más simple y elegante», dice Wei. La gelatina de pescado de agua fría, como el bacalao, el pollo y el hadera, se pueden reticular en solo unos pocos pasos para convertirlo en un hidrogel no giratorio, que se puede imprimir con células de la piel.

«Para nuestro modelo de piel, el objetivo es incluir no solo la capa de dermis y epidermis, sino también la unión epidérmica-dérmica (también conocida como la membrana base) entre estas dos capas de la piel», dice Wei. «Con los hidrogeles de gelatina de pescado de agua fría y otra técnica de procesamiento de polímeros, el electrohilado, nos estamos acercando a este objetivo».

Desde la investigación de la piel hasta la curación de heridas

Sin la adición de células vivas, el hidrogel también podría usarse como material de aderezo. Al igual que los hidrogeles hechos de gelatina animal, el material resultante es biológicamente compatible con las células de la piel humana y se puede imprimir en 3D. Sin embargo, tiene una característica distintiva crucial: a medida que los peces se eliminan evolutivamente de los humanos, la gelatina de los peces causa menos reacciones inmunes y conlleva un menor riesgo de transmisión de la enfermedad que los materiales comparables basados ​​en la gelatina de los mamíferos.

«La piel de los peces se está investigando actualmente como una herramienta prometedora para la curación de heridas», dice Wei. «Nuestro hidrogel es más homogéneo, más seguro y se puede adaptar con precisión a las necesidades del paciente, por ejemplo, con diferentes formas, grosor y firmeza. Incluso la integración de la medicación sería concebible», explica el investigador.

Por estas razones, los investigadores han solicitado una patente para su hidrogel a base de gelatina de peces. En el siguiente paso, planean terminar de desarrollar el modelo de piel viva y ponerlo a disposición de otros científicos. «Esperamos que esto promueva una mejor comprensión del desarrollo y el tratamiento de las enfermedades de la piel», dice Wei. Los investigadores de Empa también tienen como objetivo analizar más de cerca las propiedades de hinchamiento inusuales de su hidrogel.