INGENIERÍA DE TEJIDOS
Analizan cuáles son los límites en el desarrollo de los órganos artificiales
JANO.es · 27 abril 2016 00:32
Investigadores del Laboratorio de Sistemas Complejos de la Universidad Pompeu Fabra plantean la utilización de la biología sintética como herramienta para indagar en aquellos caminos inexplorados por la evolución.
El estudio de la biología del desarrollo evolutivo ha arrojado luz sobre cómo se desarrollan los órganos y por qué la evolución ha seleccionado algunas estructuras en lugar de otras. Ahora científicos del Laboratorio de Sistemas Complejos de la Universitat Pompeu Fabra han analizado en una investigación cuáles son los límites en el desarrollo de los órganos artificiales.
Los investigadores recuerdan que la creación de nuevos organismos vivos es uno de los objetivos finales de la biología sintética. "Esta rama de la ciencia apareció a principios del siglo XXI y, desde entonces, hemos visto a científicos manipular genéticamente bacterias para que degraden polímeros de plástico o incluso fabricar riñones humanos mediante las impresoras 3D", señalan.
A medida que avanzan la biología sintética y también la ingeniería de tejidos, destacan que es importante conocer los límites de lo posible a la hora de su desarrollo. Para responder a la pregunta, han establecido un morfoespacio en el que incorporan tanto estructuras naturales como artificiales y proponen utilizar la biología sintética como herramienta para indagar en aquellos caminos inexplorados por la evolución.
Los investigadores destacan que en los últimos años se ha producido un gran avance en los que se refiere a la biología sintética y la ingeniería de tejidos. "Entre ellos podemos destacar la creación de los llamados 'organs-on-a-chip', dispositivos que recrean a microescala las funciones de un órgano real y permiten su estudio, o la creación de organoides en cultivos 3D, que llevan a cabo procesos de desarrollo generando una estructura similar a los órganos naturales, teniendo la autoorganización un papel crítico. Sin embargo, estos ejemplos se basan en imitar órganos o funciones que ya existen en la naturaleza", advierten
Tal y como proponen los autores de este estudio, "no hay ninguna razón para limitarnos a fabricar órganos y tejidos tal y como existen en la naturaleza. Podríamos imaginar, y tal vez diseñar nuevos órganos que lleven a cabo las funciones de los órganos ya existentes". Como ejemplo destacan el desarrollo de oídos biónicos con una antena de bobina integrada ("órganos cyborg").
Sin embargo, recuerdan que cuando se trata de biología sintética e ingeniería de tejidos, existen ciertas restricciones que nos dificultan el progreso. "Esto no significa que debamos cohibirnos a la hora de diseñar estructuras celulares complejas, sino que es necesario establecer (y comprender) los límites asociados a la organización de las estructuras biológicas", afirman.
Los investigadores recuerdan que la creación de nuevos organismos vivos es uno de los objetivos finales de la biología sintética. "Esta rama de la ciencia apareció a principios del siglo XXI y, desde entonces, hemos visto a científicos manipular genéticamente bacterias para que degraden polímeros de plástico o incluso fabricar riñones humanos mediante las impresoras 3D", señalan.
A medida que avanzan la biología sintética y también la ingeniería de tejidos, destacan que es importante conocer los límites de lo posible a la hora de su desarrollo. Para responder a la pregunta, han establecido un morfoespacio en el que incorporan tanto estructuras naturales como artificiales y proponen utilizar la biología sintética como herramienta para indagar en aquellos caminos inexplorados por la evolución.
Los investigadores destacan que en los últimos años se ha producido un gran avance en los que se refiere a la biología sintética y la ingeniería de tejidos. "Entre ellos podemos destacar la creación de los llamados 'organs-on-a-chip', dispositivos que recrean a microescala las funciones de un órgano real y permiten su estudio, o la creación de organoides en cultivos 3D, que llevan a cabo procesos de desarrollo generando una estructura similar a los órganos naturales, teniendo la autoorganización un papel crítico. Sin embargo, estos ejemplos se basan en imitar órganos o funciones que ya existen en la naturaleza", advierten
Tal y como proponen los autores de este estudio, "no hay ninguna razón para limitarnos a fabricar órganos y tejidos tal y como existen en la naturaleza. Podríamos imaginar, y tal vez diseñar nuevos órganos que lleven a cabo las funciones de los órganos ya existentes". Como ejemplo destacan el desarrollo de oídos biónicos con una antena de bobina integrada ("órganos cyborg").
Sin embargo, recuerdan que cuando se trata de biología sintética e ingeniería de tejidos, existen ciertas restricciones que nos dificultan el progreso. "Esto no significa que debamos cohibirnos a la hora de diseñar estructuras celulares complejas, sino que es necesario establecer (y comprender) los límites asociados a la organización de las estructuras biológicas", afirman.
El morfoespacio
Muchas de las nuevas estructuras y funciones biológicas se encuentran lejos del camino marcado por la evolución. "Si nos liberásemos de los límites vinculados a los procesos embrionarios, entrarían en juego nuevas reglas quizás asequibles para la ingeniería biológica", afirman.
Para explorar los huecos dejados por la evolución, se debe categorizar las estructuras conocidas en función de un conjunto de variables. Estas variables definen el morfoespacio en el que las estructuras se ordenan, mostrando aquellas regiones olvidadas por la evolución. El equipo liderado por Ricard Solé ha definido este morfoespacio de órganos y organoides con el que contemplar el universo de todas las estructuras biológicas posibles. Los tres ejes que lo conforman son: la complejidad de desarrollo, la complejidad cognitiva y el estado físico.
Los grados de complejidad de desarrollo abarcan desde las mezclas de células que no se relacionan entre sí, hasta los órganos totalmente desarrollados, con células que interactúan entre ellas y llevan a cabo una misma función, como sería, por ejemplo, el hígado. Sistemas poco desarrollados serían los llamados quimiostatos, cultivos bacterianos utilizados comúnmente en la industria para la elaboración de sustancias determinadas, como algunos antibióticos. En cuanto al grado de complejidad cognitiva, se define como la capacidad de los órganos para recibir información y procesarla.
Así, el cerebro, con sus innumerables conexiones neuronales y su plasticidad, o el sistema inmune, con la capacidad de detectar tanto amenazas nuevas como las ya conocidas y responder ante todas ellas, suponen dos ejemplos del más alto grado de complejidad cognitiva.
El tercer eje del morfoespacio, el estado físico, toma como referencia las fases de la materia inorgánica y pretende describir la movilidad de los componentes de los órganos y organoides. Así pues, encontramos a la gran mayoría de las estructuras biológicas en estado "sólido", con algunos notables contraejemplos como la sangre o el microbioma, caracterizados por una mayor movilidad de sus elementos.
Tomando estos tres ejes, el equipo de investigación ha realizado una instantánea del panorama actual de las estructuras biológicas posibles. Una de las características más interesantes del morfoespacio es la presencia de un espacio vacío que puede tener dos significados. El primero es que no sea posible la combinación propuesta en esa región. El segundo, mucho más alentador, es que se trata de diseños inaccesibles para la evolución en condiciones naturales pero que sí podrían ser alcanzables mediante estrategias de ingeniería biológica.
En cualquier caso, concluyen, "el morfoespacio supone una herramienta muy útil para plantear las posibilidades de éxito que tendrían nuevos diseños biológicos".
Muchas de las nuevas estructuras y funciones biológicas se encuentran lejos del camino marcado por la evolución. "Si nos liberásemos de los límites vinculados a los procesos embrionarios, entrarían en juego nuevas reglas quizás asequibles para la ingeniería biológica", afirman.
Para explorar los huecos dejados por la evolución, se debe categorizar las estructuras conocidas en función de un conjunto de variables. Estas variables definen el morfoespacio en el que las estructuras se ordenan, mostrando aquellas regiones olvidadas por la evolución. El equipo liderado por Ricard Solé ha definido este morfoespacio de órganos y organoides con el que contemplar el universo de todas las estructuras biológicas posibles. Los tres ejes que lo conforman son: la complejidad de desarrollo, la complejidad cognitiva y el estado físico.
Los grados de complejidad de desarrollo abarcan desde las mezclas de células que no se relacionan entre sí, hasta los órganos totalmente desarrollados, con células que interactúan entre ellas y llevan a cabo una misma función, como sería, por ejemplo, el hígado. Sistemas poco desarrollados serían los llamados quimiostatos, cultivos bacterianos utilizados comúnmente en la industria para la elaboración de sustancias determinadas, como algunos antibióticos. En cuanto al grado de complejidad cognitiva, se define como la capacidad de los órganos para recibir información y procesarla.
Así, el cerebro, con sus innumerables conexiones neuronales y su plasticidad, o el sistema inmune, con la capacidad de detectar tanto amenazas nuevas como las ya conocidas y responder ante todas ellas, suponen dos ejemplos del más alto grado de complejidad cognitiva.
El tercer eje del morfoespacio, el estado físico, toma como referencia las fases de la materia inorgánica y pretende describir la movilidad de los componentes de los órganos y organoides. Así pues, encontramos a la gran mayoría de las estructuras biológicas en estado "sólido", con algunos notables contraejemplos como la sangre o el microbioma, caracterizados por una mayor movilidad de sus elementos.
Tomando estos tres ejes, el equipo de investigación ha realizado una instantánea del panorama actual de las estructuras biológicas posibles. Una de las características más interesantes del morfoespacio es la presencia de un espacio vacío que puede tener dos significados. El primero es que no sea posible la combinación propuesta en esa región. El segundo, mucho más alentador, es que se trata de diseños inaccesibles para la evolución en condiciones naturales pero que sí podrían ser alcanzables mediante estrategias de ingeniería biológica.
En cualquier caso, concluyen, "el morfoespacio supone una herramienta muy útil para plantear las posibilidades de éxito que tendrían nuevos diseños biológicos".
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