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Este artículo es una traducción de la entrevista original
Hoy en día, los cultivos celulares se consideran herramientas básicas en investigación biomédica y medicina regenerativa. Permiten el modelado de enfermedades y el cribado de fármacos de una forma más barata y rápida que los modelos animales tradicionales. Sin embargo, a los científicos les ha llevado más de un siglo afinar las técnicas de cultivo para obtener sistemas fisiológicamente relevantes.
Tras muchas horas de trabajo y dedicación, los investigadores han sido capaces de pasar de los cultivos más rudimentarios, donde las células simplemente flotaban en medios salinos, a los tejidos artificiales más sofisticados. Ahora los científicos tienen la posibilidad de cultivar, e incluso bioimprimir, distintos tipos de células en andamiajes tridimensionales, imitando algunos aspectos fundamentales de los diferentes órganos del cuerpo.
El desarrollo de estos sistemas de cultivo complejos ha sido posible en parte gracias a un conocimiento más exhaustivo de la matrix extracelular, un entramado de proteínas que no solo ofrece soporte estructural a las células sino que además proporciona un sustrato para la señalización celular y las interacciones entre ellas.
Adedamola (Dammy) Olayanju es doctor en Farmacología y Medicina Traslacional y trabaja como investigador y experto técnico en Manchester BIOGEL, una reconocida start-up británica líder en el diseño y producción de matrices extracelulares sintéticas.
SciGlam: ¿Cómo contribuyen los cultivos celulares y la ingeniería de tejidos a la investigación biomédica y a nuestra salud?
Dammy Olayanju: Los cultivos celulares son factores clave en las ciencias biomédicas. Son fundamentales en muchos procesos, desde el desarrollo de vacunas (como hemos visto durante la aparición del COVID), donde podemos desarrollar anticuerpos en células que después se multiplican; hasta el cribado de medicamentos porque el descubrimiento y la validación de muchos fármacos se hace primero en cultivos antes de pasar a modelos animales tradicionales, y finalmente a la clínica. Además de la aplicaciones en el campo de la farmacología, los cultivos celulares cumplen un rol fundamental en terapias celulares y en medicina regenerativa. De hecho, la mayoría de las investigaciones punteras empiezan con cultivos celulares.
En la mayoría de los casos, una gran investigación empieza con cultivos celulares.
¿Qué ha llevado a los científicos a generar tejidos artificiales?
Cada órgano del cuerpo se compone de diferentes tejidos, y cada uno de estos tejidos se compone de diferentes tipos de células que trabajan juntas para proporcionar la función del órgano. Tradicionalmente hemos intentado estudiar este comportamiento en laboratorios mediante cultivos de células aisladas, donde solo necesitábamos unas placas de plástico para contener las células y el medio con nutrientes para mantenerlas. Pero el problema de esto es la falta de un entorno adecuado. Para poder cultivar las células en una placa, los científicos han tenido que destruir el entorno que las células tenían en el tejido original.
Las células deben estar en comunicación permanente entre sí y con el entorno al que pertenecen para lograr un comportamiento fisiológico natural, y maximizar sus posibilidades de sobrevivir. Este ambiente nativo es lo que llamamos la matriz extracelular. Básicamente, si estás acostumbrado a vivir en Montreal y vienes a vivir a Inglaterra mañana, necesitarás algo de tiempo para restablecerte en tu nuevo entorno, y cuanto más acogedor sea este entorno, más fácil te resultará funcionar de nuevo.
Por este motivo, en los últimos años se ha producido un avance tecnológico que ha permitido generar diferentes matrices extracelulares con el fin de replicar el entorno nativo de las células, como hidrogeles muy blandos que sirven como soporte mecánico para el crecimiento de las células. Pero el soporte mecánico no es lo único que necesitan, y las últimas investigaciones han demostrado que las características estructurales y químicas de estas matrices son críticas para las células. Por eso, ahora estamos entrando en una nueva etapa de investigación, en la que somos capaces de crear cultivos organotípicos que realmente pueden imitar el entorno nativo de las células. También podemos utilizar bioimpresoras 3D para crear estructuras tridimensionales con estos geles sintéticos y añadir diferentes tipos de células (biotintas) a las diferentes capas de la estructura, proporcionando a las células en cultivo un entorno más adecuado.
Matriz extracelular, bioimpresión, biotinta… Todo esto suena a ciencia ficción, ¿no?
Los científicos hablamos con frecuencia de “la ciencia del futuro”, pero yo creo que la ciencia del futuro ya está aquí.
¿Qué tipo de terapias se pueden beneficiar de la investigación en matrices extracelulares?
La investigación de la matriz extracelular encaja en muchas patologías diferentes. En la mayoría de las enfermedades, las células crecen en ambientes patológicos. Por ejemplo, en la formación del cáncer (oncogénesis), la matriz extracelular juega un papel clave en las vías de mecanotransducción. Cambiar las condiciones mecánicas y químicas, como el pH y los niveles de oxigenación, puede replicar el microambiente tumoral y mejorar nuestra comprensión de la patología; si usamos una matriz extracelular más rígida, imitamos el ambiente del cáncer; si usamos una matriz más blanda, imitamos condiciones sanas.
El entorno también es muy importante en patologías relacionadas con el corazón, donde algunas estrategias terapéuticas utilizan células madre que tienen que ser cultivadas y diferenciadas a células especificas de tejido en una matriz extracelular antes de ser inyectadas en el paciente.
Los científicos hablamos con frecuencia de “la ciencia del futuro”, pero yo creo que la ciencia del futuro ya está aquí.
¿Por qué los biogeles que producís son tan populares en este campo?
Muchos laboratorios de investigación utilizan matrices derivadas de animales para cultivar sus células; estas matrices extracelulares, aunque útiles en la investigación preclínica, tienen muchas limitaciones.
En la investigación preclínica, no son óptimas porque tienen mucha variabilidad de lote a lote, lo que conduce a una falta de reproducibilidad entre experimentos. Además, la fuente de estas matrices también es una limitación: tienen una fuente tumorigénica (estas matrices se extraen de tumores inducidos en los animales) y, por esta razón, pueden no representar entornos sanos. Pero lo más importante es que no tienen relevancia traslacional; esto significa que no se pueden utilizar en la clínica en términos de terapia celular porque estos componentes tienen una fuente animal. La genética de los animales no es la misma que la de los humanos.
Para poder representar un entorno realmente adecuado, se necesitan matrices extracelulares que se puedan ajustar en términos de rigidez mecánica para imitar el tejido que se desea estudiar. Por ejemplo, la rigidez de los huesos es diferente a la del cerebro o el hígado, o a la del tejido renal. También es fundamental que se puedan modificar para reproducir de la mejor forma posible las condiciones de la patología en cuestión que se quiere estudiar. Esto no es posible con matrices derivadas de animales porque, sí, proporcionan algún soporte mecánico para que las células crezcan de manera tridimensional, pero básicamente no sabes lo que hay en ellas. Por el contrario, las matrices sintéticas pueden personalizarse ajustando la resistencia mecánica, los factores de crecimiento… Conocemos la composición completa. Además de eso, se pueden usar en la clínica.
El hidrogel a base de péptidos que producimos muestra biocompatibilidad con muchos tipos de células diferentes y se puede ajustar tanto mecánica como químicamente. Podemos definir los factores de crecimiento y hacerlos muy específicos.
Por otro lado, vienen listos para usar. Puedes usarlos a temperatura ambiente; no es necesario enviarlos congelados ni diluirlos. Hace las cosas más fáciles para los científicos. Son personas extremadamente ocupadas, por lo que cualquier ayuda es bien apreciada (risas).
Eres Dr. Dammy Olayanju de día y Dr. Dammy Pilgrims de noche. ¿Cómo es tener una doble identidad?
La música me ayuda a mantener un buen equilibrio entre mi vida personal y profesional. Crecí tocando varios instrumentos y con la pasión de ayudar a otros músicos a crecer.
En 2016, fundé African Piano Lessons para enseñar a músicos el arte y las técnicas de la música africana. Algunas de estas clases las comparto en nuestro canal de YouTube, que ya tiene más de 18000 suscriptores.
También canto y toco con la banda de música africana Dr Dammy and the Pilgrims. Hacemos fusión de música africana y gospel contemporáneo. Solemos tocar en Inglaterra pero también en eventos internacionales de forma ocasional.
Disfruto tocando con la banda en mi tiempo libre. La música me relaja mucho.
