Introducción
La ingeniería de tejidos integra biología, ingeniería, medicina y ciencia de materiales para crear, reparar o reemplazar tejidos y órganos dañados. Su meta es realizar funciones biológicas usando células del propio paciente, de un donante o mediante estructuras llamadas andamios celulares. Sus aplicaciones forman parte de la medicina regenerativa y tienen gran impacto clínico: desarrollo de piel artificial para tratar quemaduras, sustitutos de piel, materiales para reparar cartílago en cirugías reconstructivas y ortopédicas, así como parches y vasos sanguíneos bioartificiales para pacientes con infarto o enfermedades vasculares.
También permite cultivar células en laboratorio (in vitro), imitando las condiciones de un organismo vivo (in vivo), lo que favorece experimentos más controlados y útiles. Un beneficio clave es la creación de andamios celulares. Estos se parecen a los de la construcción, pero en lugar de sostener edificios, guían el crecimiento de células mediante canales y poros. Algunos incluso, favorecen que las células no solo crezcan, sino que se diferencien y maduren. Así, una célula puede “elegir” convertirse en hepática o cardíaca, gracias al entorno que ofrece el andamio y sin necesidad de químicos externos. Los andamios celulares, antes hechos con colágeno, ácido hialurónico o hidroxiapatita, ahora incorporan nanomateriales que mejoran sus propiedades y aplicaciones.
¿Qué son los nanomateriales?
Los nanomateriales son materiales con dimensiones entre 1 a 100 nanómetros. Para darte una idea, el ancho de un cabello humano es de 80,000 nm, por lo que se necesitan equipos especializados para observarlos. Su importancia radica en que, a esta escala, la materia adquiere propiedades nuevas y sorprendentes.
Otra característica clave es si alta relación superficie/volumen, lo que aumenta su reactividad química. Por ejemplo, el oro es un metal brillante y dorado, pero puede cambiar de color en escalas nanométricas, volviéndose rojo, violeta, azul o verde, dependiendo de su tamaño y forma; e incluso formar esferas, estrellas, triángulos y rodillos menores a 100 nm. Estas nanoestructuras funcionan como diminutas antenas que interactúan con la luz de maneras únicas, modificando su color.
Gracias a estas propiedades, los nanomateriales tienen múltiples aplicaciones en ciencia y tecnología. Sin embargo, también generan dudas sobre sus efectos en células y tejidos. Por eso existe la Nanotoxicología, disciplina que estudia su seguridad y busca garantizar un uso responsable en la industria y la medicina.
¿Qué es la celulosa y la nanocelulosa?
La celulosa es un material muy común en nuestra vida diaria: esté en el papel higiénico, los libros, la madera. Generalmente proviene de la madera, aunque también del algodón y el bambú. Pero no solo las plantas la producen, también algunas bacterias generan celulosa con ventajas sobre la vegetal, ya que no contiene compuestos como lignina o hemicelulosa.
Además, la celulosa puede existir en forma nanométrica, conocida como nanocelulosa, producida tanto por plantas como por bacterias. En particular, la nanocelulosa bacteriana es respetuosa con el medio ambiente, lo que la convierte en una excelente alternativa para promover soluciones sustentables, como el diseño de andamios celulares en biomedicina.
Integrar nanopartículas de oro en un andamio celular impulsa innovaciones en ingeniería de tejidos. La tesis de Elizabeth Mavil busca crear un andamio inteligente de nanocelulosa bacteriana para cultivar células, con potencial en el diagnóstico y monitoreo ambiental. Figura 2, muestra nuestro andamio de nanocelulosa para crecer células de la piel.
Cultivos celulares en tres dimensiones
Trabajar con cultivos celulares en dos dimensiones (2D), es una técnica que muchos biólogos celulares dominan, pues es la forma tradicional de hacerlo. Sin embargo, trabajar en una tridimensionalidad (3D) cambia las reglas del juego, ya que las respuestas celulares ante los nanomateriales y fármacos son sustancialmente diferentes entre los cultivos en 2D, también llamados monocapa, respecto de los cultivos celulares 3D.
Las pruebas de seguridad en cultivos 2D pueden subestimar riesgos y dar conclusiones limitadas. Crear andamios celulares para el crecimiento 3D de células permite integrar nanomateriales y obtener datos más realistas para la salud y las aplicaciones de la nanotecnología en productos comerciales.
En Nanotoxicología, combinar cultivos 3D con nanomateriales como nanocelulosa y oro es una estrategia sustentable para cultivar y monitorear modelos celulares complejos, con potencial en la ingeniería de tejidos.
Conclusiones
Al combinar materiales biológicos como la celulosa e inorgánicos como el oro, se abren nuevas oportunidades para entender la interacción entre células y nanomateriales, mejorando los ensayos de toxicología y promoviendo aplicaciones más seguras.
Para conocer más sobre el diseño del andamio celular de nanocelulosa bacteriana revisa el artículo científico completo en: ACS Appl. Mater. Interfaces 2025, 17, 11, 16632–16643 https://doi.org/10.1021/acsami.4c22475
El Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM, en Juriquilla, Querétaro, desarrolla nanomateriales avanzados y estudia sus propiedades físicas, químicas y biológicas. En nuestro laboratorio analizamos sus efectos en distintos tipos de células, buscando aplicaciones que impulsen la nanotecnología y den soluciones a retos sociales.
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M. en C. Elizabeth Mavil-Guerrero es alumna del doctorado en Ciencia e ingeniería de Materiales (PCeIM-UNAM)
Dra. Karla Oyuky Juárez Moreno, CFATA-UNAM Juriquilla Querétaro. Laboratorio de Nanobiomedicina y Nanotoxicología.
kjuarez@fata.unam.mx
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