Investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad de California en Los Ángeles han desarrollado un biomaterial curativo que reduce significativamente la formación de cicatrices después de una herida, lo que lleva a una cicatrización final de la piel más eficaz. Este nuevo material, que se degrada rápidamente una vez que la herida se ha cerrado, demuestra que la activación de una respuesta inmune adaptativa puede desencadenar la cicatrización regenerativa de la herida, dejando una piel sana más fuerte y saludable.
Este trabajo se basa en una investigación previa del equipo con andamios de hidrogel, que crean una estructura para apoyar el crecimiento del tejido, acelerando la cicatrización de heridas. En su nuevo estudio, el equipo demostró que una versión modificada de este hidrogel activa una respuesta inmunitaria regenerativa, que potencialmente puede ayudar a curar lesiones cutáneas como quemaduras, cortes, úlceras diabéticas y otras heridas que normalmente curan con cicatrices importantes que son más susceptibles a una nueva lesión.
Esta investigación aparece publicada online hoy 9 de noviembre de 2020 en la revista Nature Materials.
«El cuerpo forma tejido cicatricial lo más rápido posible para reducir la posibilidad de infección, para reducir el dolor y, en heridas más grandes, para evitar la pérdida de agua por evaporación«, comenta el médico y estudiante de doctorado Maani Archang, primer autor del artículo, de los laboratorios de Scumpia y Di Carlo en UCLA. «Es un proceso natural de curación de heridas«.
Los hidrogeles actuales para curar heridas disponibles para uso clínico se colocan en la superficie de la herida, donde actúan como un apósito y ayudan a evitar que la herida se seque. Eso a su vez ayuda a que la herida sane más rápido, generalmente a través de la formación de cicatrices.
«En este estudio, la respuesta inmune al gel indujo una respuesta regenerativa en el tejido curado«
En su artículo de Nature Materials de 2015, el equipo de investigación, dirigido por Tatiana Segura de Duke y Dino Di Carlo de UCLA, desarrolló hidrogeles de partículas recocidas microporosas (MAP), que son biomateriales basado en micropartículas que pueden integrarse en la herida en lugar de asentarse en la superficie de la piel. Las perlas dentro del gel MAP se unen, pero dejan espacios abiertos, creando una estructura porosa que proporciona un soporte para las células a medida que crecen en el sitio de la herida. A medida que la herida se cierra, el gel se disuelve lentamente y deja la piel curada.
Aunque los hidrogeles MAP permitieron un crecimiento celular rápido y una reparación más rápida, el equipo notó que la piel curada tenía estructuras complejas limitadas como folículos pilosos y glándulas sebáceas. El equipo de investigación tenía curiosidad por saber si podían alterar su biomaterial curativo para mejorar la calidad de la piel curada.
«Anteriormente habíamos visto que a medida que la herida comenzaba a sanar, el gel MAP comenzaba a perder porosidad, lo que limitaba la forma en que el tejido podía crecer a través de la estructura«, señala Don Griffin, profesor asistente de la Universidad de Virginia, primer autor del artículo y exbecario postdoctoral en el Laboratorio de Segura. “Presumimos que ralentizar la tasa de degradación del andamio MAP evitaría que los poros se cerraran y proporcionaría soporte adicional al tejido a medida que crece, lo que mejoraría la calidad del tejido”.
En lugar de crear un gel completamente nuevo con nuevos materiales, el equipo se centró en el enlazador químico que permitía que el cuerpo descompusiera el andamio de forma natural. En sus geles MAP originales, este enlazador químico está compuesto por una secuencia de aminoácidos tomada de las proteínas estructurales del propio cuerpo y dispuesta en una orientación química llamada quiralidad L. Debido a que esta secuencia y orientación de péptidos es común en todo el cuerpo, esto ayuda a que el gel evite desencadenar una respuesta inmune fuerte, pero también permite una fácil degradación a través de enzimas presentes naturalmente.
«Nuestro cuerpo ha evolucionado para reconocer y degradar esta estructura de aminoácidos, por lo que teorizamos que si cambiamos la estructura a su imagen especular, que es la quiralidad D, el cuerpo tendría más dificultades para degradar el andamio«, comenta Segura, profesor de ingeniería biomédica en Duke. «Pero cuando colocamos el hidrogel en la herida de un ratón, el gel actualizado terminó haciendo exactamente lo contrario«.
El material actualizado se integró en la herida y sostuvo el tejido mientras la herida se cerraba. Pero en lugar de durar más, el equipo descubrió que el nuevo gel había desaparecido casi por completo del sitio de la herida, dejando sólo unas pocas partículas.
Sin embargo, la piel curada resultó ser más fuerte e incluía estructuras cutáneas complejas que normalmente están ausentes en las cicatrices. Después de una mayor investigación, los investigadores descubrieron que la razón de la curación más fuerte, a pesar de la falta de longevidad, era una respuesta inmune diferente al gel.
«El equipo ahora está explorando la mejor manera de liberar señales inmunes del gel para inducir la regeneración de la piel o desarrollar el hidrogel como plataforma de vacuna«
Después de una lesión en la piel, la respuesta inmune innata del cuerpo se activa inmediatamente para garantizar que cualquier sustancia extraña que ingrese al cuerpo se destruya rápidamente. Si las sustancias pueden escapar de esta primera respuesta inmune, se activa la respuesta inmune adaptativa del cuerpo, que identifica y ataca el material invasor con más especificidad.
Debido a que el gel MAP original se fabricó con la estructura del péptido L común, generó una respuesta inmune innata leve. Pero cuando el equipo colocó el gel reformulado en una herida, la quiralidad D extraña activó el sistema inmunológico adaptativo, que creó anticuerpos y activó células, incluidos los macrófagos, que atacaron y eliminaron el gel más rápidamente después de que la herida se cerrara.
«Hay dos tipos de respuestas inmunes que pueden tener lugar después de una lesión: una respuesta destructiva y una respuesta regenerativa más leve«, asegura Scumpia, profesora asistente en la división de dermatología de UCLA Health y el Centro Médico VA de West, Los Angeles. «Cuando la mayoría de los biomateriales se colocan en el cuerpo, el sistema inmunológico los amuralla y finalmente los degrada o destruye. Pero en este estudio, la respuesta inmune al gel indujo una respuesta regenerativa en el tejido curado«.
«Este estudio nos muestra que la activación del sistema inmunológico se puede utilizar para inclinar el equilibrio de la cicatrización de heridas desde la destrucción de tejidos y la formación de cicatrices hasta la reparación de tejidos y la regeneración de la piel«, afirma Segura.
Trabajando con Maksim Plikus, un experto en tejidos regenerativos de la Universidad de California, en Irvine, el equipo también confirmó que las estructuras clave, como los folículos pilosos y las glándulas sebáceas, se estaban formando correctamente sobre el andamio. Cuando el equipo investigó el mecanismo de reacción a su biomaterial curativo, encontraron que las células del sistema inmunológico adaptativo son necesarias para esta respuesta regenerativa.
A medida que el equipo continúa estudiando la respuesta inmune regenerativa a su gel, también están explorando la posibilidad de usar el nuevo hidrogel MAP como plataforma inmunomoduladora. «El equipo ahora está explorando la mejor manera de liberar señales inmunes del gel para inducir la regeneración de la piel o desarrollar el hidrogel como plataforma de vacuna«, comenta Scumpia.
«Estoy entusiasmado con la posibilidad de diseñar materiales que puedan interactuar directamente con el sistema inmunológico para apoyar la regeneración de tejidos«, concluye Segura. «Este es un nuevo enfoque para nosotros«.
Fuente: Nature Materials.
