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La actividad de I+D del CBIT se dirige a la investigación de carácter básico y aplicado sobre la preparación, propiedades, vida y uso de los biomateriales y al avance en el conocimiento del uso combinado de los biomateriales con células y factores bioquímicos y físicos:
  • Materiales para medicina regenerativa e ingeniería de tejidos — soportes (’scaffolds’) de materiales biodegradables y bioestables y características a medida que proveen un ambiente apropiado en el que células y tejido vivo pueden desarrollar su función.
  • Soportes para cultivo celular — materiales y soportes tridimensionales para cultivo celular y diferenciación y expansión de stem cells, que acercan los resultados in vitro a los modelos preclínicos y en pacientes humanos, reduciendo los costes y tiempos de desarrollo de producto farmacéutico.
  • Superficies modificadas — los materiales empleados en una variedad de aplicaciones médicas pueden diseñarse con proteínas, péptidos y otras macromoléculas adheridos o injertados en su superficie, y con un control de todas la propiedades superficiales del propio material.
  • Micropartículas — partículas de tamaño micrométrico y materiales biocompatibles para el cultivo celular y el suministro controlado de fármacos.
  • Síntesis y fabricación de materiales especiales — copolímeros, nanohíbridos, macrómeros,  polímeros hiperramificados, membranas, geles, hilos.


Materiales para medicina regenerativa e ingeniería de tejidos

En el CBIT se trabaja en el desarrollo de nuevos materiales para implantes o soportes sintéticos (’scaffolds’) con características a medida que proveen un ambiente apropiado en el que células y tejido vivo pueden desarrollar su función, a partir del uso combinado de células, factores y materiales polímeros biocompatibles estables o reabsorbibles, como la policaprolactona (PCL), el ácido poliláctico (PLLA), el ácido poliglicólico (PGA), ácido hialurónico (HA) y el quitosano (CHT), polímeros acrílicos como PEA, PHEA, PMA y otros.


Los investigadores del CBIT trabajan en el desarrollo de soportes de este tipo para diversas aplicaciones en medicina regenerativa e ingeniería de tejidos. En la actualidad desarrollamos productos en aplicaciones para cartílago articular, complejo osteocondral, fusión ósea, disco intervertebral, odontología, sistema nervioso central, oftalmología, tejido cardiaco y ligamentos.
Según la aplicación a la que van dirigidos los soportes se desarrollan con los polímeros, la estructura porosa, y en general las características más adecuadas. En el CBIT empleamos técnicas específicas de micro fabricación como template y particle leaching, freeze extraction, freeze gelation, separación térmica de fases, electrospinning y otras,  para conseguir la síntesis de materiales con una topología de poros óptima para la colonización celular, la proliferación y conductividad del tejido regenerado.

Estos soportes porosos pueden ser de materiales biodegradables, que se degradan con la actividad fisiológica y acaban siendo absorbidos y desapareciendo una vez implantados, o bioestables en aplicaciones que requieren una permanencia de la estructura de soporte. La función general del soporte es actuar como matriz extracelular (ECM) artificial, favoreciendo la transducción de señales fisiológicas, haciendo de guía estructural para el crecimiento celular, y permitiendo la difusión de metabolitos.


Soportes para cultivo celular

Empleando una variedad de técnicas de microfabricación y conocimientos sobre los materiales y su interacción con las células y tejidos, en el CBIT se desarrollan soportes para cultivo celular tridimensional que otros investigadores en el campo de la biología, biomedicina y biotecnología emplean en sus trabajos de I+D. El CBIT ha desarrollado protocolos de fabricación de soportes para cultivo celular fabricados con una diversidad de materiales y propiedades específicas.

Este nueva herramienta de I+D supone una revolución en el campo biomédico, puesto que los resultados de los cultivos celulares tridimensionales in vitro tienen una mejor correlación con los modelos pre clínicos y en pacientes humanos, reduciendo los costes y tiempos de desarrollo de producto médico y farmacéutico.

La mayor parte de los protocolos de cultivos convencionales pueden adaptarse fácilmente a los cultivos tridimensionales, y en cualquier caso en el CBIT se desarrollan productos a medida para las aplicaciones buscadas.

El cultivo celular es una técnica rutinaria en los laboratorios desde los años 50 por la que las células se mantienen a una temperatura y mezcla de gases apropiadas. Las condiciones de cultivo varían ampliamente para cada tipo celular y la variación de las condiciones para un tipo celular concreto puede dar lugar a la expresión de diferentes fenotipos. Algunas células, como la mayoría de células derivadas de tejidos sólidos, necesitan adherirse a una superficie para sobrevivir, como una superficie plástica, que puede además estar recubierta con componentes de la matriz extracelular para aumentar sus propiedades de adhesión y proporcionar otras señales necesarias para el crecimiento.

Existen diversas aplicaciones de los cultivos celulares animales:
  1. Investigar la fisiología o la bioquímica típica celular.
  2. Analizar el efecto de varios compuestos químicos o fármacos en tipos celulares específicos (por ejemplo, células normales o cancerosas).
  3. Estudiar la combinación de varios tipos celulares en la generación artificial de tejidos, en un área emergente que se conoce como ingeniería de tejidos.
  4. Sintetizar sustancias biológicas a partir de cultivos celulares masivos.
El cultivo celular es por tanto una técnica muy útil y ampliamente extendida en la investigación en células madre, en el desarrollo (bio)farmacéutico, en biología celular, en toxicología y en bioingeniería e ingeniería tisular para observar las células estudiadas y sus interacciones con productos farmacéuticos, factores biológicos y biomateriales in vitro.

Los cultivos celulares convencionales son llevados a cabo en recipientes sencillos para cultivo celular, como por ejemplo placas de cultivo celular de 6, 24, 48 y 96 pocillos. Las células cultivadas en estos recipientes crecen en medio de cultivo celular en una monocapa.
Cultivar células en dos dimensiones (2D) es un método conveniente pero que no simula completamente el crecimiento celular in vivo. En los seres vivos las células crecen frecuentemente en tres dimensiones (3D) construyendo tejidos y órganos. Hay además evidencia científica reciente que muestra que los sistemas de cultivo celular en 3D ofrecen las siguientes ventajas frente a los cultivos convencionales:
  1. Facilitan la comprensión de la relación entre estructura y función en condiciones tisulares patológicas y normales.
  2. Son un modelo mejor para estudiar las interacciones entre los factores de crecimiento y las células, así como entre las células y los agentes terapéuticos.
  3. Las células derivadas de hueso y cartílago se comportan de manera diferente en ambientes in vitro 3D que en 2D, asemejándose los primeros más a la situación in vivo.
  4. El cultivo 3D es una técnica mejor para la expansión de las células madre. Las células madre humanas embrionarias (hESC) por ejemplo muestran un número más elevado de células después de una expansión de 30 días, comparada con la expansión 2D en placa de cultivo celular.

Superficies modificadas

Todos los biomateriales e implantes interaccionan con las células y el tejido vivo a través de su superficie, de forma que es muy importante para el éxito de cada aplicación un conocimiento y control de las propiedades superficiales que intervienen en la actividad celular deseada. Un desarrollo adecuado de un implante debe favorecer su colonización, la expansión celular y por ejemplo en el caso de materiales biorreabsorbibles su sustitución por una matriz de tejido conectivo con las propiedades adecuadas, y todo ello modulado con las características superficiales del material.

En el CBIT trabajamos en la comprensión de la interacción de los biomateriales con el tejido vivo y de los mecanismos de control y modificación de las características superficiales de estos materiales, para lo cual se emplean múltiples estrategias, como la deposición de recubrimientos activos (por ejemplo tipo silicatos obtenidos vía sol-gel), el control de la topología superficial, el injerto de factores específicos, el recubrimiento con proteínas u otros polímeros de propiedades especiales, la variación de propiedades físicas del material (cristalinidad, hidrofilidad, etc.) sobre su superficie, o la capacidad de hacer crecer sobre su superficie una capa de hidroxiapatita desde fluido biológico.


Micropartículas y síntesis y fabricación de materiales especiales

En el CBIT desarrollamos partículas de tamaño micrométrico a partir de materiales biocompatibles, para aplicaciones de cultivo celular y suministro controlado de fármacos.


También se trabaja en la síntesis de otros materiales especiales como copolímeros, nanohíbridos, macrómeros,  polímeros hiperramificados y otras moléculas de propiedades y aplicaciones particulares, y en la fabricación de formatos menos habituales como membranas, geles, hilos.

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