Una pelota, una silla de montar o un plato plano. La curvatura de los biomateriales inhibe o estimula las células óseas para producir tejido nuevo. Esto es lo que muestran los ingenieros de TU Delft en una investigación publicada el viernes 3 de marzo en Nature Communications. Este estudio de geometrías podría ser un paso importante en la investigación sobre la reparación de tejidos dañados.

Las células vivas pueden percibir y responder a la geometría de su entorno. Las células detectan y responden a la geometría de las superficies a las que están expuestas. Según su curvatura, las superficies pueden animar a las células a crear nuevos tejidos o impedir que lo hagan», afirma Amir Zadpoor, profesor de Biomateriales y Biomecánica de Tejidos, supervisor del estudio. ‘Las curvaturas estimulantes hechas por una impresora 3D son una forma fácil y segura de promover el crecimiento de tejido. En comparación con las drogas, también son mucho más baratas.’

En placas de Petri, los investigadores cultivaron células óseas rodeadas de pequeños moldes hechos de biomateriales con los que los investigadores tienen experiencia. Dependiendo de las curvaturas de los moldes, las células tendían a crecer, dividirse y formar tejido en diferentes grados.

Células con forma de silla de montar

Aunque las formas curvas parecen existir en infinitas variaciones, siempre caen aproximadamente en una de estas tres categorías: una pelota que tiene una curvatura convexa, una silla de montar que tiene una curvatura cóncava y una placa que es plana. Uno de los autores, profesor asistente de Biomateriales Lidy Fratila-Apachitei : ‘Las células prefieren una forma de silla de montar. Si perciben una forma de silla de montar cerca, se estimula el crecimiento. El estudio también muestra que las células prefieren los valles a las colinas.’

Más bien alineado que doblado

El primer autor, Sebastien Callens, realizó los experimentos y el análisis del estudio. ‘Las células también tienen un esqueleto, que consta de fibras que están bajo tensión en diferentes grados. La forma en que se acumula la tensión en esas fibras influye fuertemente en el comportamiento de las células. Nuestro estudio muestra que las células alinean colectivamente sus fibras de tensión con las curvaturas que experimentan para minimizar su necesidad de doblarse. Pude ver que las células prefieren alinearse que doblarse.

Presupuesto de la curvatura del sillín

No puede tener solo curvas de silla de montar alrededor de las celdas. Así como los tres ángulos de un triángulo siempre suman 180 grados, la suma de todas las curvaturas también debe ser igual a algunos números fundamentales. « Siempre tienes un presupuesto limitado para las formas de los sillines », dice Zadpoor. ‘Si usa demasiada curvatura negativa en alguna parte, debe usar curvaturas positivas en otra parte para mantener constante la suma. Necesita usar su presupuesto sabiamente para fomentar la máxima regeneración de tejido.’

Nuevos biomateriales

El estudio proporciona orientación sobre la geometría óptima de biomateriales e implantes para maximizar la regeneración de tejidos. Los diseños geométricos complejos requeridos se realizan utilizando técnicas de impresión 3D de alta precisión para hacer las formas tan pequeñas que son perceptibles para las células. Callens: ‘Ahora hemos descubierto nuevas reglas de juego mediante las cuales los biomateriales pueden estimular el crecimiento de tejidos. En la investigación de seguimiento, intentaremos aplicar esas reglas de manera óptima”.