La Autónoma investiga métodos de recuperación de huesos y cartílagos

El bombardeo iónico (interacción de átomos ionizados y acelerados con una superficie) se confirma como una técnica útil para adaptar las propiedades de los polímeros a los requerimientos específicos de células destinadas a la regeneración de tejidos.

Una de las aplicaciones de la aceleración de iones en campos electromagnéticos intensos consiste en hacerlos incidir sobre distintos materiales para modificar sus propiedades. La aplicación de esta técnica sobre polímeros de interés biomédico tiene como objetivo principal el rediseño de sus superficies. Los polímeros de interés en este tipo de aplicaciones contienen generalmente oxígeno, aunque en proporciones muy variables. Para no contaminar los polímeros, el bombardeo iónico puede realizarse con gases nobles (argón o helio, principalmente) que se volatilizan después de descargar parte de su energía en los polímeros.

Los procesos de bombardeo iónico pueden simularse mediante modelos que permiten predecir cual será el grado de modificación del polímero (profundidad de los iones en el polímero, alteraciones en la composición, etc.). Estas herramientas ayudan a definir las condiciones ideales del bombardeo iónico. El proceso de bombardeo se realiza en un acelerador de iones en el que se inducen los cambios en las propiedades de los polímeros.

Detectar alteraciones
Existen distintas técnicas de caracterización que permiten delatar alteraciones en la estructura (organización de las moléculas del polímero) y en la composición. Estas alteraciones son especialmente relevantes en la superficie, que es la determinante de la reacción celular en las aplicaciones biomédicas.

Las células en sistemas regenerativos son altamente específicas y necesitan comunicarse con el resto de las células, unirse, moverse, etc. Entre otros aspectos, las células responden a cambios pequeñísimos de acidez, de la dinámica de interacción con la superficie y a la mediación de proteínas externas a la célula. Las células son por tanto unas analizadoras de superficies altamente cualificadas. La aplicación de las técnicas de caracterización permite poner de manifiesto cambios bruscos en el comportamiento de las proteínas que alcanzan la superficie.

Mediante métodos de imagen con resolución micrométrica se puede observar cómo las proteínas del medio de cultivo se adhieren preferentemente a zonas bombardeadas con iones de una superficie de policaprolactona, un polímero típico utilizado como soporte en transplantes celulares (ver figura). En el caso del polietilenglicol, polímero antiadherente pero soluble en agua, el bombardeo iónico permite estabilizar las cadenas del polímero sin que pierdan su función de dificultar la adhesión de las proteínas del medio de cultivo a la superficie.

Patrones de adherencia
Las superficies de estos dos polímeros modificadas mediante bombardeo iónico han sido evaluadas con células que intervienen en la reparación/regeneración de hueso y cartílago.

Los resultados obtenidos por un grupo del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Autónoma de Madrid y el Departamento de Biología Molecular- Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (UAM-CSIC) en colaboración con el Institute for Health and Consumer Protection (Comisión Europea, Centro Común de Investigación), muestran que las células siguen los patrones de adherencia mostrados por las proteínas sobre las superficies bombardeadas con iones, es decir, un incremento de la densidad celular sobre la policaprolactona y un efecto antiadherente producido por la estabilización del polietilenglicol.

Este grupo de investigación multidisciplinar, con experiencias previas en funcionalización de superficies y en bases celulares y moleculares de la diferenciación celular, colabora actualmente con otros grupos nacionales e internacionales en la determinación de procesos de diferenciación de células progenitoras de hueso aisladas de médula ósea.