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Trabajan con nanofibras; van por piel artificial

Reportera: Claudia Villalobos / Fotógrafo: Jorge Aguilar - 06 / 10 / 2025

Científicos politécnicos lograron la construcción de andamios que permiten el crecimiento y propagación de células de piel

La piel es el órgano más grande del cuerpo humano y actúa como la primera línea de defensa contra influencias dañinas como fuerzas mecánicas, microorganismos o radiación. Además, mantiene la termorregulación, el equilibrio de fluidos y actúa como el órgano sensorial capaz de registrar presión, temperatura y dolor, gracias a receptores específicos.

Cuando la piel sufre daños por alguna situación crítica como el pie diabético, quemaduras graves o heridas a causa de accidentes, se puede recurrir a los reemplazos autólogos (injertos de piel del propio individuo) para renovarla.

Sin embargo, debido a que este tipo de sustitutos están limitados por la disponibilidad de zonas donantes y a que la epidermis de cada parte del cuerpo posee características y texturas diferentes, científicos del Instituto Politécnico Nacional (IPN) desarrollaron una tecnología innovadora para brindar un tratamiento basado en la propagación de nueva piel a la medida de las necesidades de cada paciente.

“Específicamente los andamios de nanofibras biopoliméricas podrán generar nueva piel y representarán una alternativa viable para tratar el pie diabético, porque ese tipo de heridas no se puede regenerar debido a que el sistema inmune está muy debilitado, por lo que el problema en la mayoría de los casos es motivo de amputaciones”, advirtió Eduardo San Martín Martínez, especialista politécnico, quien señaló que por la aportación que representa esta tecnología, el Instituto Mexicano para la Propiedad Industrial (IMPI) le otorgó el título de patente número 397919 (Nanofibras de aplicación farmacológica para el tratamiento de lesiones cutáneas).

Punto de partida

“En 2013, al regresar de una estancia sabática en Bélgica, un investigador con el que colaboraba me preguntó si sabía lo que eran las nanofibras. Yo tenía la idea de que eran una especie de telarañas, pero no sabía de ellas a profundidad, así que, la curiosidad por descubrir qué eran, fue el punto de partida para adentrarme en el estudio de estos materiales. En una de mis clases les platiqué a los estudiantes sobre el tema y Josué Jiménez Vázquez mostró especial interés por fabricarlas. Iniciamos el proyecto y eso le valió al joven el sobrenombre de El hombre araña”, señaló el científico de origen boliviano.

Debido a que en el Politécnico se tenía la inquietud sobre las nanofibras y no se contaba con un dispositivo para el desarrollo de éstas, el doctor San Martín junto con sus alumnos construyeron una infraestructura rudimentaria a partir de un equipo viejo de laboratorio que producía alto voltaje.

Al ver que el pequeño dispositivo generaba fluctuaciones de energía, otro estudiante que era especialista en electrónica solucionó el problema y armó un equipo similar, al incorporar el flyback o transformador de líneas que genera una alta tensión necesaria para hacer funcionar un tubo de rayos catódicos (CRT) de un viejo televisor, le instaló la parte electrónica y así generó de forma artesanal el primer generador de nanofibras al que se adaptaron bombas de jeringa como las que usan en los hospitales para dosificar los medicamentos.

“Así empezamos a generar las primeras nanofibras que fueron muy rudimentarias, pero Josué las fue afinando poco a poco y con este proyecto obtuvo el grado de Maestro en Ciencias”, externó Eduardo San Martín Martínez, investigador nivel III en el Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores (SNII).

Nanofibras y piel de pollo

La matriz extracelular (MEC) del organismo es una estructura tridimensional formada por una red de macromoléculas como proteínas y polisacáridos que proporcionan soporte estructural y bioquímico a las células y tejidos del cuerpo, participa en la reparación del tejido dañado y el colágeno es su mayor componente.

La MEC tiene la capacidad de regenerarse, pero la velocidad y eficacia del proceso dependen del tipo de tejido, de la edad y condición de la persona. Por ejemplo, el proceso es muy lento e incluso deficiente en personas que han sufrido pérdida de piel.

El doctor San Martín Martínez precisó que el reto que se plantearon fue construir una especie de matriz extracelular con andamios hechos de nanofibras de colágeno, y biopolímeros como policaprolactona (PCL) para favorecer las propiedades mecánicas, el crecimiento y propagación de las células de la piel (queratinocitos y fibroblastos), así como la regeneración del órgano.

El colágeno contenido en las nanofibras proviene de residuos naturales como la piel de pollo o tilapia, los cuales reciben un tratamiento fisicoquímico para extraer el compuesto; también se originan de polímeros biocompatibles y biodegradables, los cuales metaboliza el organismo al cumplir su función.

El colágeno liofilizado producido en el Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Unidad Legaria, se somete a una caracterización fisicoquímica (estudio de sus propiedades estructurales, morfológicas y funcionales, electroforesis SDS-PAGE y cuantificación de hidroxiprolina) para otorgarle una calidad similar a los productos comerciales. Asimismo, mediante la técnica de espectrometría de infrarrojo (FTIR) se corrobora que contenga un similar espectro, presentando los mismos grupos funcionales del colágeno. Por la purificación y caracterización del colágeno se formarán los andamios que favorecerán el crecimiento de una nueva piel sin tener efectos secundarios.

Electrohilado

Después de múltiples ensayos, el grupo de investigación obtuvo la formulación específica y se inició el proceso de electrohilado para formar las nanofibras. Este principio consiste en aplicar un alto voltaje (entre 5kv y 30kv) a la solución que, al cargarse eléctricamente, se forman los hilos que se entrelazan al dirigirse hacia la placa colectora.

Las nanofibras, cuya dimensión oscila entre los 100 y 200 nanómetros (0.1 y 0.2 micras) son imperceptibles al ojo humano, sólo se pueden observar mediante un microscopio electrónico y cuando se van depositando sobre la superficie específica se ven como una mancha.

El especialista San Martín Martínez aclaró que la construcción de los andamios no termina con el electrohilado. Después de ese proceso continúa la meticulosa tarea de conseguir que tengan una estructura similar a la matriz extracelular natural, lo cual se consigue con la conformación de enlaces cruzados (crosslink) para unir las nanofibras y lograr que tengan la alineación y el tamaño adecuado, así como la porosidad para favorecer el crecimiento de las líneas celulares de la piel, ya que se requiere un diámetro idóneo de nanofibras, entre un adecuado tamaño del entramado (ni muy pequeño ni muy grande), se favorece más el crecimiento de la piel.

La tarea es muy complicada y minuciosa. Se debe poner especial cuidado en el flujo del electrohilado, que la concentración de los polímeros sea la apropiada, en el voltaje administrado y en la distancia entre los electrodos para que las nanofibras tengan el tamaño preciso. También se analiza continuamente la evolución del entrecruzado y se hacen diversas pruebas hasta lograr la similitud con la MEC natural.

¿Cómo consiguieron eso?

“Esta investigación fue publicada en la revista Materials Research Society de la Universidad de Cambridge, que colocó en la portada la imagen de la matriz extracelular obtenida por nanofibras y el título ¿Cómo consiguieron eso?”, expresó el científico con el orgullo reflejado en su mirada.

El experto del IPN detalló que las pruebas in vitro consistieron en situar los andamios en placas de Petri, sobre ellos se colocaron las líneas celulares de fibroblastos y queratinocitos para que crecieran las células y formaran un sustituto de piel. “Inicialmente las estructuras se ven como una pequeña mancha, pero con el paso de los días el cultivo se hace más perceptible hasta formar un sustituto de piel del tamaño del andamio de nanofibras”, expuso.

De acuerdo con el reporte científico, después de 16 días crecieron in vitro 10cm3 de piel. Al terminar el andamiaje el propio organismo podrá metabolizar la matriz nanométrica y bioabsorberla una vez que se constituya la matriz natural.

Estos resultados preliminares han marcado la pauta a los investigadores para realizar estudios in vivo en ratones. En esta etapa han agregado a los andamios factores de crecimiento y han observado que con estos componentes la piel de los roedores se está renovando con mayor rapidez.

El doctor Eduardo San Martín recalcó que es muy alta la expectativa de obtener resultados prometedores con pacientes, por ello, llegado el momento, buscarán colaboración con algún hospital para aplicar esta terapia a personas con pie diabético.

La ciencia sin conciencia no es útil

El científico del CICATA Legaria sostuvo que el motor que lo mueve profesionalmente es servir a la población y procurar su bienestar. “La ciencia sin conciencia no sirve, hay que tener conciencia de lo que se está haciendo y siempre recordar la vocación de servicio. Como científicos no podemos pensar en la fama o en el reconocimiento, debemos enfocarnos en el servicio a los demás, por eso, en el Laboratorio de Biomateriales trabajamos bajo ese precepto”, puntualizó.

El grupo de investigación actualmente profundiza el estudio de los factores de crecimiento para incorporarlo a los andamios y disminuir el tiempo de regeneración de la piel.

Además, prueban la incorporación de nanofármacos en los andamios, que a su vez se colocan en apósitos, para tratar enfermedades como diabetes, hipertensión y ansiedad, con el propósito de evitar los efectos secundarios que generan tratamientos administrados por vía oral.