Los dispositivos biomédicos que pueden implantarse en el cuerpo para administrar fármacos, realizar ingeniería de tejidos o detectar señales pueden ayudar a mejorar el tratamiento de muchas enfermedades. Sin embargo, estos dispositivos suelen ser vulnerables al ataque del sistema inmunitario, que puede dejarlos inutilizables.
Un equipo de investigadores del MIT ha encontrado una manera de reducir ese rechazo del sistema inmunitario. En un estudio publicado en el número del 18 de mayo de Nature Materials, descubrieron que la geometría de los dispositivos implantables influye significativamente en la tolerancia del organismo hacia ellos.
Aunque los investigadores esperaban que los dispositivos más pequeños pudieran evadir mejor el sistema inmunitario, descubrieron que, en realidad, los dispositivos esféricos de mayor tamaño mantienen mejor su funcionamiento y evitan la acumulación de tejido cicatricial.
«Nos sorprendió cuánto pueden afectar el tamaño y la forma de un implante a su capacidad para desencadenar una respuesta inmunitaria. El material del que está hecho sigue siendo una pieza importante del rompecabezas, pero resulta que, si realmente se quiere minimizar el tejido cicatricial, hay que elegir el tamaño y la forma adecuados», afirma Daniel Anderson, profesor asociado Samuel A. Goldblith del Departamento de Ingeniería Química del MIT, miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer y del Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia (IMES) del MIT, y autor principal del artículo.
Los investigadores esperan utilizar este hallazgo para seguir desarrollando un dispositivo implantable que pueda imitar la función del páncreas y ofrecer potencialmente un tratamiento a largo plazo para las personas con diabetes. También podría aplicarse a dispositivos utilizados para tratar muchas otras enfermedades.
«Creo que los conocimientos alcanzados aquí ayudarán a los científicos no solo a avanzar en la creación de mejores implantes para tratar algún día la diabetes, sino también a diseñar cualquier tipo de implante para seres humanos o animales destinado a tratar o diagnosticar enfermedades», afirma el autor del estudio Robert Langer, profesor David H. Koch Institute del MIT y miembro del Instituto Koch, el IMES y el Departamento de Ingeniería Química.
Los autores principales del artículo son los investigadores posdoctorales del Instituto Koch Omid Veiseh y Joshua Doloff, y Minglin Ma, antiguo investigador posdoctoral del Instituto Koch que ahora es profesor adjunto en la Universidad Cornell.
Implantación de células
Este estudio surgió de los esfuerzos de los investigadores por construir un páncreas artificial, que comenzaron hace varios años. El objetivo es administrar células de los islotes pancreáticos encapsuladas en una partícula de alginato —un polisacárido presente de forma natural en las algas— u otro material. Estas células implantadas podrían reemplazar las células de los islotes pancreáticos de los pacientes, que no funcionan en la diabetes tipo I.
Al igual que las células normales de los islotes, estas células detectarían los niveles de azúcar en la sangre y secretarían la cantidad adecuada de insulina para absorber el azúcar, eliminando la necesidad de inyecciones de insulina. Sin embargo, si el tejido cicatricial rodea las células implantadas, estas no pueden cumplir su función.
«El propósito de estos dispositivos implantables es proteger las células del sistema inmunitario, pero permitirles seguir vivas y funcionando», afirma Anderson.
Los investigadores probaron esferas de dos tamaños: 0,5 y 1,5 milímetros de diámetro. En pruebas con ratones diabéticos, implantaron las esferas en la cavidad abdominal y siguieron su capacidad para responder con precisión a los cambios en los niveles de glucosa. Los dispositivos preparados con las esferas más pequeñas quedaron completamente rodeados de tejido cicatricial y dejaron de funcionar al cabo de aproximadamente un mes, mientras que los más grandes no fueron rechazados y siguieron funcionando durante más de seis meses.
Las esferas más grandes también evitaron la respuesta inmunitaria en pruebas con primates no humanos. Las esferas más pequeñas implantadas bajo la piel quedaron envueltas en tejido cicatricial después de solo dos semanas, mientras que las más grandes permanecieron libres de tejido cicatricial hasta cuatro semanas. «Observamos un orden de magnitud menos de células inmunitarias en todas las superficies de las esferas de mayor diámetro», afirma Doloff.
«Cuando obtuvimos estos datos por primera vez, resultaron contraintuitivos», afirma Anderson. «Había motivos para pensar que estas pequeñas bolitas provocarían una respuesta menor, pero no fue así».
Este efecto se observó no solo con el alginato, sino también con esferas de acero inoxidable, vidrio, poliestireno y policaprolactona, un tipo de poliéster.
«Nos dimos cuenta de que este efecto persiste independientemente de la composición del material, y eso lo hizo mucho más emocionante porque es mucho más generalizable», afirma Veiseh.
«Lo impresionante es que se trata de un estudio muy sistemático», afirma Douglas Melton, director del Departamento de Biología de Células Madre y Regenerativa de la Universidad de Harvard, quien no participó en la investigación. «Compararon tamaños, formas y materiales de manera muy sistemática, así que es un trabajo muy exhaustivo. Llegaron a una conclusión sencilla e interesante: conviene fabricar esferas de al menos 1,5 milímetros de diámetro».
Tamaño y forma
Los investigadores creen que este hallazgo podría aplicarse a cualquier otro tipo de dispositivo implantable, incluidos los vehículos de administración de fármacos y los sensores de glucosa e insulina, que también podrían ayudar a mejorar el tratamiento de la diabetes. Optimizar el tamaño y la forma de las partículas también podría orientar a los científicos en el desarrollo de otros tipos de células implantables para tratar enfermedades distintas de la diabetes.
«Para cualquiera de estos dispositivos que se quiera fabricar, quizá sea importante pensar detenidamente en su tamaño y forma», afirma Anderson.
La investigación fue financiada por la Juvenile Diabetes Research Foundation, la Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust Foundation, los National Institutes of Health, la subvención de apoyo al Instituto Koch del National Cancer Institute y la Tayebati Family Foundation. Veiseh también recibió apoyo del Departamento de Defensa.
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autora: Anne Trafton escribe para MIT News.
Imagen: En el Tercer Hospital de la Universidad de Pekín, en Beijing, se exhibe un modelo de columna vertebral implantado con un eje artificial impreso en 3D. REUTERS/Jason Lee