Nuevo método basado en Smart Materials para experimentar con células

Nuevo método basado en Smart Materials para experimentar con células


28 de junio de 2022

(Noticias de Nanowerk) Científicos de 4D-BIOMAP, un proyecto de investigación del ERC de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), han desarrollado un nuevo método experimental basado en polímeros magnetoactivos para estudiar el comportamiento celular.

Estos compuestos, compuestos por una matriz polimérica (por ejemplo, un elastómero) que contiene partículas magnéticas (por ejemplo, hierro), reaccionan mecánicamente cambiando su forma y rigidez. Este sistema podría usarse para estudiar escenarios complejos (como traumatismos cerebrales, cicatrización de heridas, etc.) o para influir en las respuestas celulares y controlar sus funciones. Sistema magnetomecánico para reproducir y cuantificar patrones de deformación complejos en materiales biológicos La imagen superior muestra las fuerzas que genera un campo magnético externo sobre las partículas incrustadas en el material. Estas interacciones son simuladas por un modelo de computadora que puede controlar el proceso de fabricación y prueba (imagen central). Finalmente, las fuerzas generadas se transmiten a las células cultivadas en el material inteligente (imagen inferior). Esta acción sobre las células conduce a cambios o activaciones de sus funciones biológicas, tales como, entre otras, la proliferación, la migración o la orientación. (Imagen: UC3M)

“Conseguimos recrear las deformaciones locales que se producen en el cerebro cuando se somete a un impacto. Esto permitiría replicar estos casos en el laboratorio y analizar en tiempo real qué les está pasando a las células y cómo se están dañando. Además, validamos el sistema demostrando su capacidad para transmitir y actuar sobre las fuerzas de las células”, explica el investigador responsable de 4D-BIOMAP Daniel García González, del Departamento de Mecánica Continua y Análisis Estructural de la UC3M.

La idea de este proyecto es poder realizar estudios replicando procesos biológicos complejos a través de un nuevo sistema experimental virtualmente asistido que permita el control no invasivo y en tiempo real del entorno mecánico. Las células y los tejidos biológicos están constantemente sujetos a tensiones mecánicas del sustrato que las rodea, por lo que analizar y controlar las fuerzas que afectan su comportamiento sería un hito para la comunidad de «mecanobiólogos».

El sistema propuesto por 4D-BIOMAP se basa en el uso de polímeros magnetoactivos extremadamente suaves que imitan la rigidez de los materiales biológicos. Gracias a sus propiedades, los materiales magnetoactivos permiten a los investigadores realizar un seguimiento ilimitado de los sustratos biológicos, ya que los cambios mecánicos aplicados durante el experimento pueden ser reversibles.

“Con el apoyo del modelo computacional, utilizamos toda esta investigación básica para diseñar un sistema de actuación inteligente que, junto con un microscopio desarrollado dentro del ERC, nos permite visualizar la respuesta celular in situ. De esta manera, hemos consolidado un marco integral para estimular los sistemas celulares con materiales inteligentes magnetoactivos”, dice Daniel García González. Este marco propuesto allana el camino para comprender los complejos procesos «mecanobiológicos» que ocurren durante los estados de deformación dinámica, como p. B. lesión cerebral traumática, cicatrización patológica de la piel o remodelación fibrótica del corazón durante un infarto de miocardio.

Investigadores de la Universidad del Oeste de Inglaterra (UWE) en Bristol, el Imperial College de Londres y el Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón de Madrid han contribuido al artículo científico que describe estos avances y que recientemente se publicó en el diario Materiales aplicados hoy («Sistema magnetomecánico para la reproducción y cuantificación de patrones de tensión complejos en materiales biológicos»). En la UC3M están asociados los profesores Miguel Ángel Moreno, Jorge González, Clara Gómez, María Luisa López y Ángel Arias del Departamento de Mecánica Continua y Análisis Estructural, y Arrate Muñoz y Diego Velasco del Departamento de Bioingeniería y Aeroespacial.



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