Glóbulos rojos. Crédito: Universidad Estatal de Iowa

Los glóbulos rojos son grandes transportadores de oxígeno. Desdichadamente, eso es lo único que saben hacer. Asumámoslo: con un poquito de ayuda, podrían resultar de mucha más utilidad.

Imagínese, por ejemplo, que los glóbulos rojos pudiesen transportar todo tipo de cosas – medicinas además de oxígeno. Imagínese que la sangre pudiese al mismo tiempo deshidratarse y almacenarse durante meses o incluso años. Los médicos podrían transportarla a los campos de batalla – o al espacio exterior si hablamos de astronautas. Imagínese que la sangre pudiese usarse para hacer transfusiones sin ningún riesgo de infección del SIDA o cualquier otra enfermedad.|

Un grupo de investigadores universitarios está ayudando a NASA a desarrollar una célula artificial que pueda hacer todo esto y aún más. Los Bioingenieros Dan Hammer y Dennis Discher de la Universidad de Pennsylvania, y Frank Bates de la Universidad de Minnesota, han creado un tipo de molécula especial – un polímero – que fabrica algo muy parecido a una membrana celular, y han sido capaces de engatusar a estas membranas haciéndolas pasar por células artificiales, o polímerosomas, que son más fuertes y más fácilmente manejables que las auténticas.

Un polímero es simplemente una cadena de moléculas más pequeñas entrelazadas. La celulosa en las plantas y la lana en las ovejas, son polímeros naturales. Podemos encontrar polímeros fabricados por el hombre en casi todo, desde medias de nylon hasta repuestos para coches o relleno para muebles.

Los polímeros empleados en los polímerosomas son más grandes y pesados que los de las moléculas naturales de las membranas celulares: Tienen un peso molecular por encima de 3.600, comparado con los aproximadamente 750 de los fosfolípidos, las moléculas ácido grasas empleadas por las células.

Moléculas de fosfolípido se unen entre sí por los extremos formando una membrana de doble capa. [más]

Las moléculas artificiales pueden fabricarse con una importante característica, que comparten muchas moléculas naturales; pueden ser transformadas en anfifílicas mediante ingeniería, de modo que un extremo busque agua y el otro lo evite. En una solución acuosa, este tipo de moléculas se une espontáneamente formando una doble capa con sus extremos hidrófobos (que no toleran el agua) en el medio y sus extremos hidrófílos (que toleran el agua) apuntando hacia el exterior.

“Eso fue lo que aprendimos”, dijo Hammer. “Nos dimos cuenta que no hay nada que evite que un polímero forme una capa doble, tal y como lo haría un fosfolípido”.

Pero los polímerosomas cuentan con una ventaja enorme: podemos controlarlos. Uniendo algunas moléculas distintas, los investigadores están aprendiendo a manipular sus habilidades, consiguiendo que hagan cosas que las células biológicas simplemente no pueden hacer.

Por ejemplo, las uniones de los polímerosomas son fuertes. A pesar de que ciertamente, los fosfolípidos de las membranas naturales se unen entre si, no lo hacen firmemente. Se mueven por los alrededores del interior de la membrana celular y, cuando desaparece la presión del ambiente acuoso, se separan.

Polímerosomas gigantes (2-20 mm) en una solución salina tamponada con fosfato - vistos al microscopio de contraste de fases (solución interna de sacarosa 300 mM). Crédito: Universidad de Pennsylvania.

Por otro lado, lo polímerosomas pueden diseñarse de modo que se aferren los unos a los otros con mucha firmeza. Sus átomos pueden enlazarse no solo dentro de un polímero simple, sino también con los de los polímeros próximos. A esto se le conoce como enlace cruzado, e incrementa ampliamente la resistencia de las células artificiales. (Son estos enlaces cruzados los que refuerzan los rizos de las permanentes del salón de belleza lo bastante como para que mantengan la forma que les da el peinado). De hecho, gracias a los enlaces cruzados y al incremento en la resistencia de los polímeros, resulta mil veces más difícil quebrar a un polímerosoma que a una célula fosfolípida.

“Probablemente la principal ventaja desde el punto de vista de NASA”, dice Hammer, “es que una vez que los polímerosomas han establecido sus enlaces cruzados, las células se hacen lo bastante resistentes como para permitir su deshidratación en polvo”. Se les puede almacenar fácilmente durante un período prolongado y sin ocupar demasiado espacio. En otras palabras, es una forma perfecta de transportar sangre extra para las emergencias médicas que puedan surgir en los los viajes a través de las grandes distancias del espacio exterior.

Esta secuencia de fotos microscópicas muestra como un polímerosoma fuertemente unido mediante enlaces cruzados, puede ser deshidratado (para, por ejemplo, su sencillo almacenamiento y transporte) y rehidratado de nuevo. Crédito: Universidad de Pennsylvania

Este fue, de hecho, el uso que él y sus colegas imaginaron inicialmente, afirma Hammer. Pero pronto se dieron cuenta de que los polímerosomas podrías utilizarse para el transporte de otras cosas.

Hammer explica: Es fácil encapsular varias clases de moléculas mediante polímerosomas; tales células artificiales podrían ser enviadas a través del cuerpo. Debido a que su membrana exterior consiste en moléculas que no interactúan con las células, los polímerosomas son invisibles a ojos del sistema inmunológico. Podrían viajar sin obstáculos a través del torrente sanguíneo.

Mediante ingeniería, se podrían modificar los polímerosomas de modo que algunos tipos de células reaccionasen a su contacto. Hammer, Discher y sus colegas pueden añadir a sus polímerosomas ciertas moléculas que se acoplasen a las células que se seleccionaran como objetivo. Normalmente, dice Hammer, los polímerosomas flotan a través del torrente sanguíneo, durante aproximadamente 18 horas antes de alcanzar su destino y acoplarse a las células diana.

El Prof. Dan Hammer dirige el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Pennsylvania, un centro puntero en la investigación de polímerosomas. [más]

La palabra clave es “objetivo”. Los médicos, mediante los polímerosomas podrían acribillar con medicamentos al cuerpo entero. Se les podrían marcar objetivos, de modo que fuesen enviados solo a los lugares donde se les necesitara. Medicamentos contra la artritis, por ejemplo, podrían enviarse a los dedos hinchados del paciente, sin el riesgo de causar reacciones en otras partes. Los polímerosomas podrían transportar compuestos farmacéuticos anticancerígenos directamente hasta el tumor. Podrían incorporar agentes marcadores, por ejemplo partículas de óxido de hierro, que pudiesen ser detectadas por visores de resonancia magnética. Si estas partículas se encapsulasen en polímerosomas diseñados para adherirse a las células cancerosas, esto permitiría la localización de pequeñas células tumorales que hubiesen migrado a través del cuerpo.

Teóricamente, se podrían diseñar polímerosomas para que transportasen tanto al agente marcador que localizase el problema, como al medicamento que lo tratase.

Usar materiales fabricados por el hombre para producir células artificiales es un “concepto altamente novedoso”. “Creo que la gente de NASA vio esto como un material maravilloso, y quisieron saber lo lejos que llegarían sus implicaciones”. En algunas condiciones, dice, los polímerosomas adoptan formas que son reminiscencias de las que toman las células biológicas al, por ejemplo, dividirse.

Y Hammer y sus colegas están explorando aún las posibilidades. Están experimentando con diferentes tipos de polímeros, para observar la expansión de las capacidades de las células artificiales.

Hammer cree que las aplicaciones más excitantes de los polímerosomas están aún por llegar.