Investigadores logran programar la morfología de tejidos vivos mediante patrones químicos
Un estudio internacional liderado por instituciones científicas españolas ha presentado una nueva estrategia para diseñar materiales sintéticos capaces de adoptar formas tridimensionales específicas a través de la autoorganización de tejidos biológicos. La investigación, publicada en la revista Science, demuestra que es posible controlar la deformación de tejidos vivos mediante la orientación precisa de sus células, lo que abre nuevas vías en los campos de la bioingeniería y la robótica biohíbrida.
El trabajo ha sido coordinado por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE). Según los resultados obtenidos, los tejidos compuestos por células alargadas tienden a generar dominios multicelulares con una orientación común, un fenómeno conocido como orden nemático. El equipo investigador ha logrado intervenir en este proceso mediante el uso de micropatronaje químico para situar defectos topológicos en posiciones exactas.
Pau Guillamat, primer autor del estudio e investigador en el IBEC, explica que la clave del avance reside en la capacidad de decidir dónde se generarán las fuerzas dentro del tejido. Al dibujar líneas proteicas sobre superficies planas, los científicos obligan a las células a alinearse siguiendo un mapa de orientaciones prediseñado. Una vez que el tejido se desprende del sustrato, la tensión acumulada se redistribuye libremente, permitiendo que la lámina celular adopte una geometría tridimensional determinada por sus tensiones internas, similar al comportamiento de una lámina elástica liberada.
La investigación también ha contado con el desarrollo de modelos teóricos y simulaciones computacionales liderados por Marino Arroyo, catedrático del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la UPC. Estos modelos permiten anticipar cómo un patrón específico de orientación celular derivará en una forma tridimensional concreta, estableciendo una relación cuantitativa entre el diseño inicial y el resultado físico. Este componente predictivo convierte al sistema en una plataforma de diseño para la creación de estructuras biológicas complejas sin necesidad de recurrir a andamios artificiales.
Xavier Trepat, profesor de investigación ICREA en el IBEC y colíder del estudio, subraya que la investigación valida la posibilidad de diseñar la forma de un tejido vivo actuando exclusivamente sobre la orientación celular. Las aplicaciones potenciales de este hallazgo incluyen la ingeniería de tejidos avanzada y la creación de actuadores biológicos para la robótica biohíbrida, capaces de responder de manera inteligente a estímulos. Asimismo, el método ofrece una herramienta para profundizar en el conocimiento de procesos biológicos naturales, como la formación de órganos o la evolución mecánica de ciertos tipos de tumores.
