Biotecnología de Vanguardia: Ciencia y Naturaleza para la Medicina del Futuro

La medicina regenerativa está encontrando aliados inesperados en la intersección de la ingeniería química y la microbiología de precisión. Lejos de ser un proceso fortuito, la creación de nuevos materiales biomédicos hoy depende de la capacidad de los científicos para dirigir el metabolismo de seres microscópicos hacia la producción de bioplásticos de alta pureza.

Recientes investigaciones lideradas por la Dra. Daiana Nygaard, del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (CNEA/CONICET), han logrado convertir la melaza de caña de azúcar —un subproducto de la industria azucarera— en polímeros avanzados denominados polihidroxialcanoatos (PHAs). Este logro no solo representa un avance en la economía circular, sino que posiciona a la bacteria Cupriavidus necator como una sofisticada "fábrica celular" capaz de sintetizar materiales que el cuerpo humano acepta como propios.

La Precisión del Laboratorio: "Sintonizando" la Materia

El rigor de este descubrimiento radica en la técnica de Diseño Experimental Estadístico (Box-Wilson). No se trata simplemente de alimentar a una bacteria; se trata de un control matemático de las variables de fermentación para "programar" las propiedades físicas del plástico resultante.

Al introducir sustratos específicos como los ácidos propiónico o hexanoico en momentos calculados, el equipo de investigación puede dictar si el material será rígido para un implante óseo o elástico para un parche de tejido blando. Al respecto, la Dra. Nygaard explica la importancia de este control:

"Los PHAs son una familia de biopolímeros que además de ser biodegradables y biocompatibles, tienen una gran variedad de propiedades mecánicas en función de sus monómeros constituyentes. Por lo tanto, resultan útiles para ofrecer matrices apropiadas para que crezcan diferentes tipos celulares... Es importante poseer la capacidad de producirlos en forma sintonizada, de modo tal de obtener específicas composiciones químicas".

De Residuo Industrial a Biomaterial de Alta Pureza

Es común pensar que el producto final contiene restos del desecho original, pero la biotecnología de transformación asegura una pureza total. En el laboratorio, la melaza funciona únicamente como combustible metabólico que la bacteria procesa y descompone hasta sus unidades más básicas para luego reconstruir el plástico dentro de sus propias células. Como aclara la investigadora:

"La melaza o la fuente de carbono utilizada... son consumidos por la bacteria y utilizados por ella para crecer, reproducirse y acumular el biopolímero. La fuente de carbono es totalmente transformada. De modo que no es un andamio de melaza... los andamios son enteramente de PHA".

Arquitectura Celular y Microscopía Avanzada

Una vez purificado el bioplástico en el laboratorio, se utilizan técnicas de solvent casting para crear andamios 3D (scaffolds). Estas estructuras son evaluadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y transmisión (TEM) para observar cómo las células humanas (fibroblastos) colonizan el material.

El rigor científico se confirmó cuando las pruebas de citotoxicidad (bajo normas ISO) demostraron una viabilidad celular de casi el 100%, con células extendiendo filopodios para anclarse firmemente a la estructura, validando el material para su uso en el cuerpo humano.

La importancia del trabajo colaborativo

Además del trabajo interdisciplinario entre biotecnólogos, químicos, biólogos e ingenieros, este tipo de investigaciones depende del conocimiento altamente especializado de los técnicos responsables de operar los microscopios electrónicos de barrido (SEM) y de transmisión (TEM). Su experiencia resulta fundamental para la preparación de las muestras, la adquisición de imágenes de alta resolución y la interpretación de la información estructural que permite verificar cómo las células interactúan con los biomateriales desarrollados. En este sentido, los servicios de microscopía electrónica constituyen una infraestructura estratégica para la investigación en ciencia de materiales, nanotecnología y biomedicina, donde la calidad de los datos depende tanto del equipamiento de alta complejidad como del conocimiento técnico de quienes lo operan. 

El Horizonte de la Investigación

Finalmente, el éxito de estos andamios abre la puerta a estudios de mayor complejidad biológica. El laboratorio no se detiene en la fase in vitro, sino que proyecta aplicaciones que podrían revolucionar el tratamiento de enfermedades graves. Sobre el futuro de este trabajo, la Dra. Nygaard señala:

"El siguiente paso es probar cultivos in vivo, o sea, en animales. Sin embargo, hay otra posible aplicación que es generar cultivos 3D in vitro para poder hacer estudios... por ejemplo, un cultivo 3D de células tumorales para estudiar sobre él drogas oncológicas... da más información que un cultivo in vivo en 2D".

Formación Interinstitucional y Pública

Con relación a su formación y trayectoria, la Dra. Nygaard destaca, “Soy biotecnóloga de la Universidad de San Martín, realicé mi doctorado y posdoctorado en la UNSAM como becaria del CONICET, de modo que estoy especialmente agradecida a estas dos instituciones que me permitieron mi formación biotecnológica en la producción de polímeros biodegradables. Sin embargo, mi entrada como investigadora en el INN y la GIyA, dentro de la CNEA, me permitió demostrar que estos polímeros sustentables y sintonizables son realmente materiales que favorecen el crecimiento de diferentes tipos de células sobre ellos. Efectivamente, el trabajo interdisciplinario e interinstitucional permitió la producción de estas publicaciones que demuestran que estos biopolímeros son realmente materiales aptos para aplicaciones biomédicas. 

Este trabajo, publicado en la prestigiosa revista International Journal of Biological Macromolecules (ubicada en el primer cuartil de excelencia científica), demuestra que la ciencia argentina está a la vanguardia en el desarrollo de plataformas biotecnológicas sostenibles y soberanas.

Fuentes:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813026012535

https://doi.org/10.1590/0001-3765202620241058