Para millóns de persoas que padecen dermatite atópica, comunmente coñecida como eccema, controlar esta afección pode ser unha loita constante. Os gromos son impredicibles, os tratamentos existentes son limitados e o alivio adoita ser temporal. As bacterias daniñas multiplícanse rapidamente, desprazando os microbios beneficiosos que normalmente axudan a manter a pel sa e a inflamación baixo control.
O profesor Tom Ellis, enxeñeiro de xenomas sintéticos do Imperial College de Londres, cre que a resposta pode residir nunha fonte inusual: un parche portátil que, en certo sentido, está vivo. En colaboración con colegas de toda Europa, Ellis é un dos investigadores principais da iniciativa NextSkins, financiada pola UE e que se estenderá ata 2027. O equipo explora como se poderían utilizar os materiais vivos deseñados (ELM, polas súas siglas en inglés) para crear novos tipos de tratamentos médicos baseados en microorganismos vivos, como bacterias e fermentos.
Parche vivente
Un dos prototipos máis prometedores do equipo é un parche delgado, similar á pel. A súa capa inferior contén proteínas modificadas que detectan os encimas liberados polas bacterias daniñas durante un gromo de dermatite atópica. Este sinal activa células de fermento vivas, situadas nas capas máis profundas do parche, para que produzan e liberen moléculas terapéuticas xusto onde se necesitan. Os parches poden ter decenas de centímetros de diámetro, con moléculas terapéuticas liberadas sobre toda a superficie, e mesmo poderían adaptarse para formar mangas, vendaxes ou insercións en pezas de vestir para unha maior cobertura.
A maioría dos tratamentos actuais para o eccema son ungüentos tópicos que actúan de forma moi xeral. “Acceden a todas as células e interactúan con todos os microbios da pel. Isto non é o ideal, porque na nosa pel viven moitas bacterias e fungos diferentes, e moitos deles son beneficiosos”, explica. O obxectivo dos investigadores de NextSkins é desenvolver unha terapia que ataque os microbios daniños sen alterar o delicado ecosistema microbiano do resto da pel, axudando a restaurar o seu equilibrio natural en lugar de perturbalo. “Queremos crear terapias que se centren nos malos e só nos malos”, apunta.
Inspiración da kombucha
A inspiración provén da kombucha, o té no que o fermento e as bacterias medran xuntas de forma natural. O parche funciona ao encerrar células de fermento vivas modificadas xeneticamente dentro dunha matriz de celulosa bacteriana. En lugar de actuar de forma continua, estas células están deseñadas para detectar sinais químicos que se producen cando as bacterias daniñas asociadas ao eccema comezan a predominar na microbiota cutánea.
“O parche portátil detectaría os sinais químicos asociados cun gromo de eccema e as células do parche activaríanse e liberarían axentes terapéuticos”, explica Marie-Eve Aubin-Tam, profesora de bionanociencia na Universidade Tecnolóxica de Delft nos Países Baixos, quen coordina o traballo de NextSkins. O parche está deseñado en tres capas, imitando a estrutura especializada da pel humana, onde cada unha desempeña distintas funcións, como a detección, a protección e a reparación.
Unha capa inferior interactúa coa pel do usuario, unha central hidratada contén as células vivas e unha exterior evita que o material se seque. A pesar deste deseño en capas, o parche terminado tería só uns poucos milímetros de grosor e sería doado de usar. Durante a fermentación da kombucha, os microorganismos producen de forma natural unha capa xelatinosa de celulosa bacteriana na superficie do líquido. “Esta capa normalmente tírase. Nós, en cambio, utilizámola como contorna onde pode medrar o fermento modificado xeneticamente”, indica Ellis.
Unha plataforma, dous materiais
O parche para o eccema é só unha mostra do amplo potencial desta tecnoloxía. Os investigadores están a desenvolver dous materiais moi diferentes a partir da mesma base de celulosa bacteriana utilizada no parche terapéutico. Ao cambiar os microorganismos que viven dentro desa estrutura, poden dotar a cada material de propiedades completamente diferentes.
“O noso obxectivo é demostrar como esta matriz pode utilizarse como plataforma para albergar células ou ecosistemas de células que se comunican entre si, así como coa contorna, e que responden os sinais que reciben”, afirma Aubin-Tam. En conxunto, estas diminutas comunidades microbianas compórtanse como tecidos vivos en miniatura, comunicándose entre si e respondendo colectivamente os cambios na súa contorna.
Máis alña do parche terapéutico, o equipo está a desenvolver un material composto resistente e autorreparable deseñado para equipos de protección e obxectos cotiáns que algún día podería substituír a cerámica ou o plástico. Entre as aplicacións previstas inclúense cascos, maletas e fundas para teléfonos. Aínda que moi diferentes en aparencia e propósito, ambos os materiais baséanse no mesmo principio fundamental: utilizar células vivas para realizar funcións que os materiais convencionais simplemente non poden.
O parche terapéutico detecta e responde. O material protector rexenérase, do mesmo xeito que a pel despois dun corte. Aínda que o parche debe manterse húmido e flexible, o material protector é seco e ríxido. “No noso traballo utilizamos exclusivamente microorganismos, pero de moitos tipos diferentes. O material composto protector baséase en bacterias do xénero Bacillus, que poden formar esporas, o que lles permite sobrevivir en condicións extremas. Permanecen inactivas dentro do material e poden activarse cando sexa necesario”, explica Aubin-Tam.
Prototipos iniciais
Desde 2022, o equipo de NextSkins produciu prototipos iniciais de ambos os materiais e deseñou os compoñentes microbianos necesarios para construílos. O seguinte reto consiste en combinar estes compoñentes e fomentar que os diferentes microorganismos se organicen nas estruturas estratificadas que confiren aos materiais as súas propiedades únicas. “Por natureza, os microbios só queren medrar e dividirse. Por tanto, obrigalos a organizarse en capas é un gran desafío”, sostén Ellis.
Por tanto, os investigadores adoptaron un enfoque pragmático, mantendo a idea orixinal de materiais autoorganizados e de crecemento propio, á vez que exploran a impresión 3D para controlar a forma con maior precisión. “Orixinalmente queriamos que todo medrase de forma natural. Pero iso limita os materiais, xa que non podemos crear formas 3D complexas”, engade Aubin-Tam. Ellis advertiu que, a pesar dos avances no campo dos ELM, o seu uso no mundo real aínda está lonxe. “No que respecta ás aplicacións prácticas, aínda estamos nas primeiras etapas. Estamos a sentar as bases desta tecnoloxía”, incide.
Unha alternativa de vida
O éxito neste campo podería levar os materiais vivos deseñados artificialmente moito máis alá dos parches que se poden usar como peza de vestir. “Se observamos os organismos vivos desde unha perspectiva material, son extraordinarios. Poden medrar, adaptarse aos estímulos, curarse a si mesmos e mesmo moverse”, apunta Aubin-Tam. Os dous investigadores cren que os ELM poderían ofrecer, a longo prazo, unha alternativa máis sostible aos materiais que utilizamos hoxe en día.
“Se o pensas ben, a maioría dos nosos materiais xa son biomateriais, como a madeira e o algodón. Polo momento, simplemente os cultivamos e os utilizamos”, expresa Ellis. Segundo o investigador, un verdadeiro avance revolucionario sería ampliar este tipo de crecemento estruturado: non só producir microbios en grandes cantidades, o cal xa é habitual, senón cultivalos directamente para convertelos en materiais utilizables e coa forma desexada. “Se puidésemos converter os seres vivos en materiais, poderiamos deixar de tallar bosques e reducir a pegada de carbono”, afirmou.
Por agora, os investigadores están a traballar para lograr un fito máis inmediato: un parche de proba de concepto que poida probarse en modelos de pel, a primeira proba real de se o material vivo funciona segundo o previsto. Se o conseguen, supoñerá un paso importante cara a un novo tipo de medicamento, un que non só trate a pel, senón que actúe en conxunto con ela.
A investigación presentada neste artigo foi financiada parcialmente polo Consello Europeo de Innovación (EIC). As opinións dos entrevistados non reflicten necesariamente as da Comisión Europea. A versión orixinal foi publicada na revista Horizon Magazine por Michaela Nesvarova.
