Hacia la reconstrucción de tejidos del corazón mediante impresión 3D

Mucha gente en el mundo está en lista de espera para recibir un trasplante de corazón. Estos pacientes a quienes su corazón les está fallando no tienen la opción de la curación, ya que el tejido cardiaco, a diferencia de otras partes del cuerpo, es incapaz de curarse una vez está dañado. En algunos casos, es factible el implante de un dispositivo artificial, pero todo lo que se aleje estructuralmente de los componentes naturales afronta diversas dificultades. Lo ideal sería poder trabajar con el material biológico mismo, preparando tejidos a la medida de lo requerido por cada corazón. Afortunadamente, unos científicos ya trabajan en una técnica para confeccionar estos parches, que podrían algún día llevarnos a un mundo en el que los trasplantes de corazón, natural o artificial, ya no sean necesarios gracias a poder reparar cualquier parte dañada o problemática de un corazón colocando el tejido idóneo en sustitución del viejo.

El equipo de Adam Feinberg y TJ Hinton, de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania, Estados Unidos, ha logrado obtener imágenes por resonancia magnética de arterias coronarias e imágenes en 3D de corazones embrionarios, y bioimprimirlos tridimensionalmente con una resolución y una calidad sin precedentes a partir de materiales muy blandos, como colágenos, alginatos y fibrinas.

Las impresoras 3D tradicionales construyen objetos duros hechos habitualmente de plástico o metal, y funcionan a base de depositar material sobre una superficie, capa a capa, para crear el objeto tridimensional. Imprimir cada capa precisa del soporte lo bastante resistente de las capas inferiores, así que imprimir con materiales blandos como geles ha estado bastante limitado.

El problema de usar materiales blandos (pensemos en algo parecido a la gelatina) es que se hunden por efecto de su propio peso cuando son imprimidos en 3D en el aire.

La nueva técnica de impresión 3D del equipo de Feinberg y Hinton hace su trabajo dentro de un medio semilíquido. En esencia, se imprime con un gel dentro de otro gel, lo que permite posicionar de forma precisa el material blando que está siendo impreso, capa a capa.

Uno de los mayores avances de esta técnica, llamada FRESH, por las siglas en inglés de "Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels", es que el gel de soporte puede ser fácilmente derretido y retirado al calentarlo a temperatura corporal, lo cual no daña las delicadas moléculas biológicas o células vivas que se imprimen, al menos a juzgar por los experimentos realizados hasta ahora.

Como próximo paso, el grupo está trabajando hacia la incorporación de células cardiacas reales en estas estructuras de tejido impresas en 3D, proporcionando un andamio para ayudar a formar el músculo contráctil.

La bioimpresión es un campo en alza, pero hasta la fecha, la mayoría de las bioimpresoras 3D han costado por encima de 100.000 dólares y/o requieren conocimientos especializados para su operación, limitando una adopción más general. El grupo de Feinberg, sin embargo, ha podido poner en marcha su técnica en una serie de impresoras 3D de nivel popular, que cuestan menos de 1.000 dólares al usar hardware y software de código abierto.

“No solo es bajo el coste, sino que al usar el software de código abierto, tenemos acceso a ajustar los parámetros de impresión, optimizar lo que estamos haciendo y maximizar la calidad de lo que estamos imprimiendo”, explica Feinberg. “Nos ha permitido realmente acelerar el desarrollo de nuevos materiales e innovar en este campo. Y también estamos contribuyendo a que otros puedan hacerlo, al divulgar nuestros diseños de impresión 3D bajo una licencia de código abierto”.

Ultrasonido para acelerar la absorción corporal de un fármaco

Una nueva técnica basada en el uso de ultrasonido permite mejorar el tratamiento de ciertas enfermedades inflamatorias intestinales, al acelerar notablemente la absorción del medicamento administrado.

Empleando ondas ultrasónicas, unos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, y del Hospital General de Massachusetts (MGH) en la misma nación, han encontrado una forma de suministrar de forma ultrarrápida fármacos al tracto gastrointestinal. Esta estrategia podría hacer más eficaz el suministro de fármacos a pacientes que sufren de enfermedades inflamatorias intestinales como la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn.

Hoy en día, tales enfermedades se tratan habitualmente con fármacos administrados en forma de enema, que debe mantenerse en el colon durante horas, mientras la medicina es absorbida. Sin embargo, esto puede ser difícil para pacientes que sufren de diarrea e incontinencia. Para superar esto, el equipo del gastroenterólogo Giovanni Traverso buscó una forma de estimular una absorción más rápida del fármaco, y ha encontrado en la aplicación de ultrasonido un medio idóneo para lograrlo.

Con esta nueva técnica no se cambia cómo se administra el fármaco. Lo que se cambia es la cantidad de tiempo que el medicamento necesita estar ahí, porque la técnica ultrasónica acelera la absorción de este por el tejido.

Con investigaciones adicionales que aseguren su validez, esta técnica podría ser muy valiosa tanto en la práctica médica como en investigaciones biomédicas, permitiendo la aplicación de terapias mejoradas al tracto gastrointestinal.

Nanorredes eléctricas naturales conectando arqueas con bacterias

Se podría decir que algunos microorganismos, cuando necesitan energía, simplemente enchufan un cable a una toma de corriente. Estas células pueden satisfacer sus necesidades de energía en forma de electricidad a través de conexiones mediante nanocables naturales.

Unos investigadores han descubierto estas singulares redes naturales de suministro de electricidad, posiblemente las redes eléctricas más pequeñas del mundo, al examinar aglomeraciones celulares de microorganismos que degradan el metano. En las redes intervienen dos tipos de microorganismos unicelulares muy diferentes, que pueden degradar conjuntamente el metano. Los científicos han descubierto conexiones catalogables como cables interconectando a estas criaturas, una infraestructura esencial en los intercambios de energía.

El descubrimiento de un cableado eléctrico entre microorganismos empleando hierro como fuente de energía, en 2010, fue un hallazgo científico espectacular. De inmediato, surgió la pregunta de si el intercambio de energía eléctrica es habitual en otras reacciones químicas en las que intervienen microbios. Uno de los procesos en cuestión era la oxidación anaeróbica de metano (AOM, por sus siglas en inglés), que es responsable de la degradación de dicho gas de efecto invernadero en el lecho oceánico, y que por tanto tiene una gran relevancia para el clima terrestre. Los microorganismos implicados fueron descritos por vez primera en 2000, y desde entonces estos han sido ampliamente estudiados.

En el océano, el metano se produce por la descomposición de la biomasa muerta en los sedimentos bajo la superficie del fondo marino. El metano se eleva hacia dicho suelo, pero antes de alcanzar la columna de agua es degradado por un tipo especial de comunidad de arqueas y bacterias. Las arqueas toman el metano y lo oxidan para obtener carbonato. En el proceso, transmiten energía a sus bacterias asociadas.

El equipo de Gunter Wegener y Viola Krukenberg, del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania, se centró en una de estas comunidades de arqueas y bacterias cuya subsistencia se basa en la oxidación anaeróbica de metano. Estos microorganismos viven en un entorno a 60 grados centígrados.

Resultó muy difícil averiguar cómo se realizaba la transferencia de energía.

Usando microscopía electrónica en cultivos termofílicos AOM, se constató la existencia de conexiones directas canalizando electrones entre las células. También se han encontrado todos los genes necesarios para la biosíntesis de los filamentos celulares que conectan a las células. Solo cuando se añade el metano como fuente de energía se activan estos genes y se forman los cables que conectan a las bacterias con las arqueas.

Con una longitud de varios micrómetros, los cables pueden exceder en mucho la propia de las células, pero su diámetro tiene solo unos pocos nanómetros.

¿Genes víricos como causa de la esclerosis lateral amiotrófica?

La esclerosis lateral amiotrófica (ELA o ALS por sus siglas en español o en inglés, respectivamente), conocida también como enfermedad de Lou Gehrig, es una dolencia degenerativa neuromuscular que destruye las neuronas encargadas de controlar los movimientos de los músculos. No habiendo todavía una cura para ella, la enfermedad mata a la mayoría de pacientes entre tres y cinco años después de que aparezcan los primeros síntomas. Es una enfermedad más común de lo que podría parecer: solo en Estados Unidos unos 5.600 nuevos casos se diagnostican cada año.

Durante generaciones, los humanos nos hemos estado transmitiendo restos genéticos provenientes de genes retrovirales endógenos (HERVs, por sus siglas en inglés) de infecciones que pudieron aquejar a nuestros antepasados hace millones de años. Aunque casi el 8 por ciento del genoma humano normal está compuesto por estos genes, se conoce muy poco sobre su papel en la salud y la enfermedad.

El equipo del Dr. Avindra Nath, del Instituto Nacional estadounidense de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS), uno de los Institutos Nacionales estadounidenses de Salud (NIH), ha descubierto que la reactivación de genes víricos antiguos de esa clase incrustados en el genoma humano podría ser la causa de la destrucción de neuronas en algunas de las modalidades de la esclerosis lateral amiotrófica. Los resultados sugieren una conexión entre estos casos de la enfermedad y los genes HERV.

Los resultados de la investigación también plantean la cuestión de si algunos fármacos antirretrovirales, similares a aquellos usados para refrenar al VIH (culpable del SIDA), podrían ayudar a algunos pacientes de esclerosis lateral amiotrófica.

En contadas ocasiones, pacientes de SIDA, infectados con el VIH, desarrollan síntomas parecidos a la esclerosis lateral amiotrófica. En muchos de estos pacientes, los síntomas pueden ser suprimidos mediante un tratamiento con fármacos antirretrovirales. Estudios anteriores encontraron transcriptasa inversa, una proteína codificada por genes retrovirales, en la sangre de algunos pacientes de esclerosis lateral amiotrófica, pero su papel en esta dolencia es desconocido.

Estas observaciones impulsaron al Dr. Nath y sus colaboradores a explorar la posible relación entre los retrovirus y la esclerosis lateral amiotrófica. Inesperadamente, han encontrado que ciertos retrovirus endógenos, o heredados, podrían estar implicados en la esclerosis lateral amiotrófica; las neuronas motoras podrían ser susceptibles a la activación de estos genes en dicha enfermedad.

Identifican y detallan la función de la proteína principal de un mecanismo natural sensor de luz

Un equipo de científicos estadounidenses y españoles ha descubierto y mapeado una proteína sensible a la luz que utiliza vitamina B12 para llevar a cabo funciones clave, incluyendo la regulación de genes.

El resultado, derivado del estudio de proteínas de la bacteria Thermus thermophilus, incluye al menos dos hallazgos de amplio interés.

En primer lugar, lo descubierto amplía nuestro conocimiento sobre el papel biológico de la vitamina B12, de la cual ya se sabía que ayuda a convertir la grasa en energía, y que está implicada en la formación del cerebro, pero que solo ahora ha sido identificada como miembro esencial de las proteínas fotorreceptoras, las estructuras que permiten a los organismos percibir la luz y reaccionar a ella.

En segundo lugar, la investigación describe un nuevo modo de regulación genética, en el que las proteínas sensibles a la luz juegan un papel clave. A tal fin, las bacterias han reacondicionado estructuras proteicas existentes que utilizan la vitamina B12, y las han puesto a trabajar de nuevas formas.

A largo plazo, lo descubierto en esta investigación podría tener aplicaciones prácticas, como el control de la transcripción del ADN mediante la luz, o el desarrollo de interacciones controladas entre proteínas.

La NASA halla nuevas pruebas de agua líquida en Marte

Las imágenes aéreas tomadas de Marte se parecen mucho a las de la Tierra. Uno de los accidentes más interesantes son unas estrías en el terreno que se precipitan colina abajo y que intuitivamente parecen cauces de agua. Estos cursos aparecen y desaparecen del terreno, lo que refuerza la idea de que sea el agua estacional la que los forme. Pero de la intuición a la realidad hay un enorme paso y hasta el momento no se ha podido demostrar que esas grietas se deban realmente al agua líquida, cuya existencia sería clave para la posibilidad de que haya vida en el planeta rojo.

Hoy se publica un nuevo estudio que aporta importantes pruebas para afirmar que en estas formaciones de Marte hay agua líquida, muy probablemente salada. Los responsables del trabajo, publicado en Nature Geoscience, han analizado píxel a píxel las imágenes del planeta tomadas por la sonda MRO de la NASA. Hasta ahora, el problema con estos accidentes geográficos es que tienen solo unos pocos metros de ancho, muy cerca del límite de detección de las cámaras a bordo de la MRO.

Los datos se presentan hoy durante una conferencia de prensa organizada por la NASA y en la que anunciaba “la resolución del misterio de Marte”. No hace falta ser un experto en astrobiología para juzgar lo cerca o lo lejos que se quedan los resultados de las expectativas.

El nuevo trabajo se centra en los datos tomados por CRISM, un espectrómetro de imagen que permite identificar los minerales y otros compuestos que hay en la superficie marciana. El equipo ha desarrollado su propia técnica para poder analizar las variaciones que hay dentro de cada píxel en las imágenes del MRO y así analizar en detalle la diferente composición de los canales comparado con el terreno circundante. El trabajo se ha centrado en los cráteres Palikir, Hale y Horowitz y el Coprates Chasma, todos en el hemisferio sur del planeta y todos conocidos por estas formaciones.

Los resultados muestran la presencia de sales hidratadas. Las sales permiten que el agua permanezca líquida a temperaturas más bajas. En abril, otro estudio del equipo científico a cargo del robot Curiosity ya había señalado que en el cráter Gale se puede formar agua líquida gracias a un tipo de sales conocidas como percloratos. Siguiendo la misma línea, los responsables del nuevo estudio explican que la presencia de percloratos y cloratos probablemente implica que se forma agua líquida y que esta arrastra los minerales corriente abajo. El agua se formaría en las estaciones más cálidas y estaría en forma de salmueras, la misma mezcla de agua y sales que proponía en equipo del Curiosity.

En busca de vida

Estos datos “fortalecen la hipótesis” de que en algunas pendientes de terreno donde se dan temperaturas altas se “está produciendo agua líquida en el Marte contemporáneo”, señalan los autores del nuevo trabajo. El estudio, cuyo primer firmante es Lujendra Ojha, del Instituto Tecnológico de Georgia (EE UU) y en el que han participado investigadores de la NASA, menciona que en el desierto de Atacama (Chile), un análogo de Marte en la Tierra, la presencia de sales permiten la existencia de comunidades microbianas. Advierten, eso sí, de que en los terrenos analizados de Marte la actividad de las soluciones salinas puede ser demasiado débil como para sustentar vida.

“Este artículo apoya los planteamientos sobre un Marte geológicamente vivo con posible actividad acuosa actual que generaría una escorrentía efímera de estas salmueras, tal vez relacionada con un posible ciclo hidrológico”, opina Jesús Martínez-Frías, investigador del Instituto de Geociencias (CSIC-UCM) y miembro del equipo científico de la misión NASA-MSL (rover Curiosity). Los resultados también son importantes para el estudio de la “habitabilidad de Marte”, resalta. “En la superficie de Marte las condiciones son muy hostiles para la vida , pero estos nuevos datos sobre la posible existencia de agua líquida actual subsuperficial respaldan que la habitabilidad es mucho más favorable bajo el regolito marciano, que es donde habrá que concentrar los esfuerzos futuros en la búsqueda de vida”, opina.

Disminución reciente de fitoplancton marino en el hemisferio norte

Las aguas marítimas del hemisferio norte han experimentado descensos notables en ciertos tipos de vida vegetal microscópica, en la base de la cadena alimentaria marina, según un nuevo estudio llevado a cabo por el equipo de la oceanógrafa Cecile Rousseaux, de la USRA (Universities Space Research Association), y del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, en Greenbelt, Maryland, Estados Unidos.

Las diatomeas, el tipo más grande de algas de fitoplancton, han disminuido más de un 1 por ciento anual desde 1998 hasta 2012 globalmente, con pérdidas notables acaecidas en el Pacífico Norte, el Índico Norte y el Índico Ecuatorial. La reducción en la población podría disminuir la cantidad de dióxido de carbono extraído de la atmósfera y transferido hasta las profundidades marinas donde queda almacenado a largo plazo.

El fitoplancton necesita dióxido de carbono (CO2) para la fotosíntesis, exactamente como los árboles. El dióxido de carbono de la atmósfera se disuelve en agua marina fría. Durante una proliferación masiva de fitoplancton, que puede extenderse a lo largo de cientos de kilómetros y ser vista desde el espacio, los diminutos organismos toman el CO2 disuelto y lo convierten en carbono orgánico, una forma que los animales pueden utilizar como alimento para nutrirse y crecer. Ello constituye la base esencial de la red alimentaria marina. Después, cuando la célula de fitoplancton muere, se hunde hasta el fondo marino, llevándose con ella el carbono en su cuerpo.

Dado que son más grandes que otros tipos de fitoplancton, las diatomeas, cuando mueren, pueden hundirse más rápidamente que los ejemplares de tipos con estructura más pequeña. Una porción circulará de regreso a la superficie debido a las corrientes oceánicas, y, como fertilizante, alimentará otra proliferación de fitoplancton. Pero el resto se depositará en el fondo marino, kilómetros más abajo, donde se acumulará en el sedimento y será almacenado durante miles o millones de años. El proceso es una de las opciones de almacenamiento a largo plazo para el carbono retirado de la atmósfera.