RODRÍGUEZ CABELLO JC
Las últimas décadas han sido testigos de los esfuerzos por desarrollar polímeros sintéticos que imitaran el comportamiento todo-nada, o al menos altamente no-lineal, de los polímeros funcionales naturales, especialmente las proteínas. Así, tal esfuerzo se ha visto compensado con el desarrollo de polímeros funcionales que responden a cambios de su entorno disolviéndose o segregándose de sus disoluciones o experimentando el hinchamiento y colapso de sus hidrogeles. Las variables a las que son sensibles son la temperatura, pH, campo eléctrico o magnético y otros parámetros de su entorno. Estos polímeros fueron denominados inicialmente «sensibles a estímulos», pero pronto se utilizó el término «inteligentes» en esa predisposición a equipararlos en propiedades a sus equivalentes naturales que les habían servido de inspiración. Su composición química es variada; poli(N-isopropilacrilamida), poli(óxido de etileno), poli(acrilamida), derivados de celulosa y otros. Estas moléculas «inteligentes» han sido y están siendo fuentes de desarrollos tecnológicos que tratan de aprovechar sus peculiares propiedades. El campo biomédico, incluido el sector oftalmológico, es sin duda el campo que más fuertemente apuesta por ellos. Así, son ya numerosos los ejemplos del uso de este tipo de materiales para la dosificación de fármacos, el diseño de válvulas químicas o de superficies termosensibles en ingeniería de tejidos.
Por otro lado, también durante estos años hemos asistido al nacimiento de polímeros «bioactivos», los cuales se caracterizan por estimular procesos celulares a la manera en que lo hacen las moléculas endógenas del ser vivo. Quizá el ejemplo más extendido es el de los polímeros que inducen proliferación y agregación celular y que se han convertido en matrices frecuentes en ingeniería de tejidos. El diseño más habitual de estos polímeros es el de una base estructural sintética, biodegradable o no, a la que se incorporan secuencias de adherencia celular, factores de crecimiento, anticoagulantes, antibióticos, u otras moléculas encargadas de dotarlos de una bioactividad suficientemente alta y específica. En ocasiones, la base polímera es un material inteligente, por lo que se aúnan las características de ambos tipos de materiales.
Podemos decir que el panorama de materiales inteligentes y bioactivos actual se describe bien con lo dicho en los párrafos anteriores. Sin embargo, todos los desarrollos y aplicaciones biomédicas que hacen uso de estos materiales chocan con uno de los principales handicaps de éstos y otros biomateriales, su biocompatibilidad. Efectivamente, el origen sintético de los polímeros usados hace que invariablemente, en mayor o menor medida, se disparen los sistemas de rechazo del organismo y/o aparezcan reacciones tóxicas al producto o a sus metabolitos. Esto es crítico en aplicaciones especialmente sensibles como la dosificación intraocular de fármacos o la ingeniería de tejidos oculares. En conclusión, a pesar del avance que suponen estos materiales, su aplicación no es todo lo satisfactoria que podríamos desear, existiendo un claro consenso sobre la necesidad de encontrar otras alternativas que, manteniendo o superando la funcionalidad de estos materiales, incorporen sensibles mejoras en su biocompatibilidad.
La respuesta a este anhelo se ha resistido hasta que en la pasada década se han sentado las bases para un nuevo tipo de materiales, los polímeros de ingeniería genética. Los orígenes de estos materiales se centran en trabajos pioneros del grupo de Capello y otros trabajando sobre la obtención de sedas sintéticas mediante polímeros proteicos basados en las secuencias de la fibroina natural y obtenidos mediante técnicas de ingeniería genética. El proceso comienza en el diseño y síntesis de un gen artificial que codifica un polímero proteico con la deseada arquitectura y tamaño y finaliza con su expresión en bacterias, hongos o plantas. El término acuñado para describir tales técnicas es «bioingeniería molecular».
Las herramientas de bioingeniería molecular han posibilitado que la incorporación de bioactividad sea una tarea sencilla, especialmente si esta bioactividad está dada por secuencias polipeptídicas, como las correspondientes a las secuencias de adherencia celular, que se pueden incorporar en el gen sintético en la cantidad y disposición deseada. Ya en trabajos pioneros de Capello se incorporó a esta base de fibroina sintética secuencias de adherencia celular (ProNectinT). Sin embargo, la verdadera revolución vino del descubrimiento por Urry de los polímeros sintéticos tipo elastina, construidos a partir de secuencias existentes en la elastina natural. A diferencia de las fibroinas, estos materiales tienen un acusado comportamiento de respuesta a estímulos y se han sintetizado ya polímeros sensibles a la temperatura, pH, estado redox, estado de iluminación, presión y otros. Acoplados a sistemas enzimáticos, han demostrado ser capaces de responder al contenido de glucosa y otros marcadores de posibles estados patológicos. Además, estos polímeros han demostrado ser extraordinariamente biocompatibles, pues los sistemas de vigilancia y rechazo del organismo son incapaces de distinguirlos de la propia elastina endógena. Junto a esto, sus productos de degradación son simples aminoácidos. Además, el proceso de bioproducción es extraordinariamente barato y medioambientalmente muy favorable.
Mediante estas técnicas, y en estos pocos años, ya se han obtenido polímeros complejos constituidos por diferentes bloques funcionales y estructurales dispuestos de la forma adecuada para obtener moléculas que muy difícilmente podrían ser obtenidas mediante técnicas convencionales de síntesis química y que presentan propiedades hasta ahora prohibidas para los materiales sintéticos. Así, en la práctica, podemos hacer uso de muchas de las herramientas de que disponen los seres vivos a la hora de diseñar sus propias proteínas funcionales, a tal punto que en el momento actual se percibe que el principal límite en el diseño de nuevos polímeros proteicos funcionales podría estar en nuestra propia imaginación.
Estemos atentos, porque el advenimiento de los polímeros proteicos de bioingeniería molecular supondrá una revolución en el campo de los biomateriales y abrirá las puertas de aplicaciones y terapias que antes estaban condicionadas o eran sencillamente imposibles.
Las últimas décadas han sido testigos de los esfuerzos por desarrollar polímeros sintéticos que imitaran el comportamiento todo-nada, o al menos altamente no-lineal, de los polímeros funcionales naturales, especialmente las proteínas. Así, tal esfuerzo se ha visto compensado con el desarrollo de polímeros funcionales que responden a cambios de su entorno disolviéndose o segregándose de sus disoluciones o experimentando el hinchamiento y colapso de sus hidrogeles. Las variables a las que son sensibles son la temperatura, pH, campo eléctrico o magnético y otros parámetros de su entorno. Estos polímeros fueron denominados inicialmente «sensibles a estímulos», pero pronto se utilizó el término «inteligentes» en esa predisposición a equipararlos en propiedades a sus equivalentes naturales que les habían servido de inspiración. Su composición química es variada; poli(N-isopropilacrilamida), poli(óxido de etileno), poli(acrilamida), derivados de celulosa y otros. Estas moléculas «inteligentes» han sido y están siendo fuentes de desarrollos tecnológicos que tratan de aprovechar sus peculiares propiedades. El campo biomédico, incluido el sector oftalmológico, es sin duda el campo que más fuertemente apuesta por ellos. Así, son ya numerosos los ejemplos del uso de este tipo de materiales para la dosificación de fármacos, el diseño de válvulas químicas o de superficies termosensibles en ingeniería de tejidos.
Por otro lado, también durante estos años hemos asistido al nacimiento de polímeros «bioactivos», los cuales se caracterizan por estimular procesos celulares a la manera en que lo hacen las moléculas endógenas del ser vivo. Quizá el ejemplo más extendido es el de los polímeros que inducen proliferación y agregación celular y que se han convertido en matrices frecuentes en ingeniería de tejidos. El diseño más habitual de estos polímeros es el de una base estructural sintética, biodegradable o no, a la que se incorporan secuencias de adherencia celular, factores de crecimiento, anticoagulantes, antibióticos, u otras moléculas encargadas de dotarlos de una bioactividad suficientemente alta y específica. En ocasiones, la base polímera es un material inteligente, por lo que se aúnan las características de ambos tipos de materiales.
Podemos decir que el panorama de materiales inteligentes y bioactivos actual se describe bien con lo dicho en los párrafos anteriores. Sin embargo, todos los desarrollos y aplicaciones biomédicas que hacen uso de estos materiales chocan con uno de los principales handicaps de éstos y otros biomateriales, su biocompatibilidad. Efectivamente, el origen sintético de los polímeros usados hace que invariablemente, en mayor o menor medida, se disparen los sistemas de rechazo del organismo y/o aparezcan reacciones tóxicas al producto o a sus metabolitos. Esto es crítico en aplicaciones especialmente sensibles como la dosificación intraocular de fármacos o la ingeniería de tejidos oculares. En conclusión, a pesar del avance que suponen estos materiales, su aplicación no es todo lo satisfactoria que podríamos desear, existiendo un claro consenso sobre la necesidad de encontrar otras alternativas que, manteniendo o superando la funcionalidad de estos materiales, incorporen sensibles mejoras en su biocompatibilidad.
La respuesta a este anhelo se ha resistido hasta que en la pasada década se han sentado las bases para un nuevo tipo de materiales, los polímeros de ingeniería genética. Los orígenes de estos materiales se centran en trabajos pioneros del grupo de Capello y otros trabajando sobre la obtención de sedas sintéticas mediante polímeros proteicos basados en las secuencias de la fibroina natural y obtenidos mediante técnicas de ingeniería genética. El proceso comienza en el diseño y síntesis de un gen artificial que codifica un polímero proteico con la deseada arquitectura y tamaño y finaliza con su expresión en bacterias, hongos o plantas. El término acuñado para describir tales técnicas es «bioingeniería molecular».
Las herramientas de bioingeniería molecular han posibilitado que la incorporación de bioactividad sea una tarea sencilla, especialmente si esta bioactividad está dada por secuencias polipeptídicas, como las correspondientes a las secuencias de adherencia celular, que se pueden incorporar en el gen sintético en la cantidad y disposición deseada. Ya en trabajos pioneros de Capello se incorporó a esta base de fibroina sintética secuencias de adherencia celular (ProNectinT). Sin embargo, la verdadera revolución vino del descubrimiento por Urry de los polímeros sintéticos tipo elastina, construidos a partir de secuencias existentes en la elastina natural. A diferencia de las fibroinas, estos materiales tienen un acusado comportamiento de respuesta a estímulos y se han sintetizado ya polímeros sensibles a la temperatura, pH, estado redox, estado de iluminación, presión y otros. Acoplados a sistemas enzimáticos, han demostrado ser capaces de responder al contenido de glucosa y otros marcadores de posibles estados patológicos. Además, estos polímeros han demostrado ser extraordinariamente biocompatibles, pues los sistemas de vigilancia y rechazo del organismo son incapaces de distinguirlos de la propia elastina endógena. Junto a esto, sus productos de degradación son simples aminoácidos. Además, el proceso de bioproducción es extraordinariamente barato y medioambientalmente muy favorable.
Mediante estas técnicas, y en estos pocos años, ya se han obtenido polímeros complejos constituidos por diferentes bloques funcionales y estructurales dispuestos de la forma adecuada para obtener moléculas que muy difícilmente podrían ser obtenidas mediante técnicas convencionales de síntesis química y que presentan propiedades hasta ahora prohibidas para los materiales sintéticos. Así, en la práctica, podemos hacer uso de muchas de las herramientas de que disponen los seres vivos a la hora de diseñar sus propias proteínas funcionales, a tal punto que en el momento actual se percibe que el principal límite en el diseño de nuevos polímeros proteicos funcionales podría estar en nuestra propia imaginación.
Estemos atentos, porque el advenimiento de los polímeros proteicos de bioingeniería molecular supondrá una revolución en el campo de los biomateriales y abrirá las puertas de aplicaciones y terapias que antes estaban condicionadas o eran sencillamente imposibles.
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