Hidrogeles de espidroína recombinantes y sintonizables para la liberación de fármacos y el cultivo celular

En un nuevo estudio, los investigadores del Karolinska Institutet muestran que los hidrogeles de proteína de seda de araña recombinantes tienen muchas características atractivas. Permiten la encapsulación de células y moléculas bioactivas simplemente por incubación a 37°C. Son transparentes, lo que permite el seguimiento de las células encapsuladas, y la red fibrilar imita a la de la matriz extracelular. Las propiedades mecánicas de estos hidrogeles coinciden con las de diferentes tejidos, y los geles se pueden usar para la liberación continua de fármacos.

Si se fabrica a partir de proteínas producidas en huéspedes heterólogos, la seda de araña artificial es un biomaterial prometedor. Investigadores del Departamento de Biociencias y Nutrición del Instituto Karolinska han desarrollado previamente un método biomimético de producción de seda de araña, que permite la producción de proteínas y fibras artificiales de seda de araña, sin involucrar solventes orgánicos agresivos.

Esto fue posible gracias al diseño de una pequeña proteína de seda de araña (spidroin). Una gran ventaja de esta minispidroína es que se puede producir en grandes cantidades (14,5 g de proteína purificada por litro de cultivo en biorreactores) y se puede purificar en un proceso semiautomático.

Recientemente, el equipo descubrió que las minispidroínas recombinantes forman hidrogeles en cuestión de minutos, si se incuban a 37 °C, es decir, sin el uso de reticuladores. El intervalo de temperatura y tiempo para la formación del gel es compatible con la mayoría de los agentes bioactivos y las células vivas, y los geles están compuestos por una red fibrilar de tamaño nanométrico, lo que abre posibilidades para desarrollar un nuevo sistema de hidrogel para el cultivo celular y la ingeniería de tejidos.

Ajustable para que coincida con diferentes tejidos.

Las investigadoras Tina Arndt y Urmimala Chatterjee, muestran en su nuevo estudio, publicado en Materiales Funcionales Avanzados que las células madre mesenquimales fetales humanas pueden encapsularse en estos hidrogeles, después de lo cual muestran una alta supervivencia y viabilidad. Curiosamente, las propiedades mecánicas de los hidrogeles se pueden ajustar cambiando la concentración de proteína para que coincida con la de diferentes tejidos, por ejemplo, músculos y cartílagos.

Además, las mezclas de proteínas recombinantes de seda de araña y proteína verde fluorescente (GFP) forman geles, a partir de los cuales se libera gradualmente GFP funcional, lo que indica que las moléculas bioactivas, fácilmente incluidas en los geles, mantienen su actividad y pueden difundirse a través del gel. Esto significa que los hidrogeles tienen aplicaciones potenciales en la administración de fármacos.

En la misma línea, las células ARPE-19 encapsuladas son viables y producen de forma continua el factor de crecimiento progranulina, que se libera de las células, luego se difunde a través del hidrogel y se detecta en el medio de cultivo celular durante el periodo de estudio de 31 días.