Investigación
saradomingo
Dom, 16/06/2024 - 08:00
Innovación
Ingeniero industrial de formación, Daniel García González (Leganés, 31 años) empezó trabajando en el área aereoespacial, estudiando materiales de aeronaves. Pero la biología se cruzó en su camino y dio un giro a su destino profesional. Hoy, este investigador de la Universidad Carlos III (UC3M), Premio Nacional de Investigación para Jóvenes 2023, tiene una de las carreras más prometedoras en la biociencia española aunando mecánica y biología.
Junto a un equipo multidisciplinar, García González ha desarrollado una plataforma tecnológica para reproducir en el laboratorio lo que ocurre en el organismo cuando se producen distintas patologías, como un traumatismo cerebral, la progresión de un tumor o la cicatrización de una herida.
La tecnología, que se vale de materiales inteligentes y biocompatibles que responden a estímulos magnéticos, permite imitar al detalle y simular los cambios que tienen lugar en esos procesos.
Como si de un escenario biológico in vitro se tratara, la plataforma hace posible emular el entorno mecánico de las células, los distintos condicionantes que pueden influir en su comportamiento. García González lo explica con ejemplo aclarador. "Cualquiera que lo haya hecho, sabe que no es lo mismo correr en asfalto que hacerlo sobre la arena de la playa. El entorno estructural y mecánico afecta a la forma en que desarrollamos una actividad, ejerce una influencia. Con las células pasa lo mismo. El sustrato que las rodea, su rigidez, las deformaciones u otras señales mecánicas también afectan mucho. Es algo que por ejemplo se ve claramente en un proceso de cáncer, donde el entorno del tumor es clave para determinar cómo crece o cómo se disemina", señala en su laboratorio, mientras enseña una muestra del sustrato celular inteligente que el equipo ha creado.
Una orden en el ordenador envía al sustrato un estímulo magnético, y el material empieza a deformarse, como si lo estuviéramos tocando, tirando de él. "Desde el exterior, de forma no invasiva, gracias a campos magnéticos, nosotros podemos imponer determinados estados mecánicos y ver cómo reaccionan las células", expone el investigador. Y en sus palabras se nota la emoción de quien siente que ha encontrado una vía con un enorme potencial por explorar. El proyecto ha recibido financiación del programa del Consejo Europeo de Investigación (ERC Starting Grant y Proof of Concept), que apoya la excelencia científica.
"Todo esto", subraya, "ha sido posible gracias a un equipo con especialistas de distintas disciplinas que han permitido la combinación de teorías físicas, modelos computacionales, síntesis de materiales y desarrollos de plataformas tecnológicas, como una impresora 4D".
Uno de los escenarios que permite emular la plataforma, denominada NeoMag, es lo que ocurre en el cerebro cuando se produce un golpe en la cabeza.
En este tipo de traumatismos, sobre el cerebro "se ejerce una fuerza muy rápida, muy abrupta y compleja que puede tener consecuencias cognitivas", explica García González. "La tecnología que hemos desarrollado nos permite reproducir en el laboratorio todos esos efectos mecánicos, entender qué les pasa a las células, cómo se deforman, qué ocurre en sus estructuras y cuáles son las consecuencias", añade.
En un reciente artículo publicado en la revista Advanced Materials, el equipo ha desgranado lo que les sucede en concreto a los astrocitos, un tipo de célula cerebral, ante un golpe simulado en la plataforma.
Según su análisis, la fuerza del golpe genera una serie de deformaciones que impactan directamente sobre la estructura de estas células, que se vuelve caótica, e influye en los canales mecanosensitivos, una vía de comunicación intracelular que se produce a través de intercambios de señales eléctricas. "Las señales de calcio que permiten ver cómo se están comunicando estas células muestran una primera reacción en la que las células se alteran, como si quisieran chillar y pedir ayuda", explica en lenguaje coloquial García. "Pero luego vemos que llega un momento que saturan y ese sobreesfuerzo hace que se queden calladas y no sean capaces de comunicarse". Esa alteración en la comunicación, continúa, explicaría los fallos cognitivos o la pérdida de memoria que a menudo se derivan de un golpe fuerte en la cabeza.
"Somos capaces de reproducir esos patrones de deformación en nuestro sustrato inteligente e incluso amplificarlos al 50%, por encima de los niveles que generan daño cerebral. Y podemos reproducirlo a la vez que vemos qué le sucede a las células, algo que no era posible hasta ahora", remarca el científico, que volvió a España desde Oxford con una beca de atracción de talento y ahora dirige el laboratorio de Estructuras Multifuncionales y Biomecánica en la Universidad Carlos III.
REDUCIR LA EXPERIMENTACIÓN CON ANIMALES
La herramienta que el equipo ha desarrollado, señala García González con entusiasmo, abre la puerta a un sinfín de investigaciones y podría permitir reducir la experimentación con animales.
Lo subraya también Clara Gómez Cruz, investigadora de la unidad y primera firmante del citado trabajo. "Es cierto que la experimentación animal sigue siendo esencial para el avance científico en biomedicina. Sin embargo, me parece importante destacar que la tecnología que hemos desarrollado permite el estudio del desarrollo de estas enfermedades, reduciendo la necesidad de recurrir a modelos animales para fases específicas de la investigación".
En el futuro, si todo va bien, la tecnología podría incluso servir para modificar el comportamiento de las células desde el exterior, usando campos magnéticos, plantean los investigadores.
Al principio, el equipo pensó que la plataforma sería útil principalmente para estudios de enfermedades neurológicas, pero a medida que han desarrollado las herramientas, han visto que el potencial de aplicaciones es mucho más amplio y variado. "El principal reto que nos planteamos ahora es estandarizar la tecnología y llevarla a distintos laboratorios, de manera que podamos transformar investigación básica o de ciencia fundamental en soluciones y revertir este trabajo a la sociedad", expone García González. Para conseguir este objetivo, el equipo ha puesto en marcha la spin-off 60Nd que busca "generar nuevos métodos para optimizar el desarrollo de tratamientos médicos, incluyendo consideraciones biomecánicas y mecanobiológicas en los mismos".
“A menudo tenemos una idea, pero no percibimos que pueda ser una innovación”, "Es imprescindible que sigan apareciendo unidades de innovación en los hospitales", "La innovación ha de interpretarse en 360º y siempre debe estar centrada en las personas"
El grupo de científicos ya ha iniciado colaboraciones con distintos grupos de investigación interesados en lo que la plataforma puede ofrecer. "Por ej
Daniel García, Premio Nacional de Investigación Joven en 2023, utiliza la tecnología que permite imitar y simular los cambios que tienen lugar en distintas enfermedades.
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Cristina G. Lucio
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