La producción, preparación y uso de nanocelulosa bacteriana como apósitos corneales podría ser la clave para ayudar a las células madre a asentarse en la córnea y poder tratar una gran variedad de trastornos oculares.
 
Nuestros ojos tienen una superficie muy delicada que puede verse afectada por una variedad de problemas, como enfermedades inflamatorias, quemaduras o traumatismos. Las consecuencias de estos trastornos oculares (como opacificación, vascularización y cicatrización de la córnea) pueden provocar una pérdida total o parcial de la visión.
 

Una posible respuesta para su tratamiento se puede encontrar en las células madre límbicas (LSC), que se encuentran en el limbo corneal y podrían reemplazar las células perdidas en la córnea. Un trasplante de este tipo de células en la zona afectada podría curar la córnea, pero es un proceso complejo y delicado. El trasplante eficaz de las células requiere un sustrato apropiado para fijarlas en la córnea. Se requiere una combinación muy específica de propiedades para un correcto trasplante.

Investigadoras del Grupo de Nanoparticles and Nanocomposites (NN) del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB, CSIC) han publicado un artículo sobre la producción y caracterización de nanocelulosa bacteriana (BNC) para ser utilizada como apósito para retener las células madre límbicas a la córnea. El estudio, publicado en Small, se centra en el uso de éstas células, derivadas de células madre embrionarias humanas, y se realizó en colaboración con el Eye Group liderado por la Prof. Heli Skottmande de la Universidad de Tampere (Finlandia), expertos en el uso de células madre para aplicaciones oculares.

De las bacterias a las pruebas ex vivo

Irene Anton, investigadora del Grupo de de Nanoparticles and Nanocomposites (NN), explica cómo se prepara la nanocelulosa bacteriana, el primer paso de este proceso:

“La nanocelulosa bacteriana es producida espontáneamente como polisacárido extracelular por diversos tipos de bacterias. Casi todo el trabajo de producción lo realizan las bacterias: incubamos cultivos líquidos de Komagataeibacter xylinus durante 3-4 días, hasta que se forma un hidrogel gelatinoso en la interfaz entre el medio de cultivo líquido y el aire. Esta película se limpia y esteriliza y ya se puede utilizar en nuestros proyectos biomédicos».

Las células madre se unen a la nanocelulosa gracias a un recubrimiento de matriz extracelular. Para conseguir un recubrimiento homogéneo y completo de la nanocelulosa bacteriana, se utiliza un reactor de plasma. Estas muestras se caracterizan mediante una serie de experimentos y técnicas, como la medición de la transmisión de luz a través de la muestra o estudios sobre la viabilidad de las células. El estudio publicado ahora incluye una evaluación preliminar ex vivo de los apósitos en un cultivo de córneas porcinas como escenario de trasplante simulado.

“El cultivo ex vivo de ojos de cerdo es un modelo muy conveniente, económico y ético para realizar estudios preliminares de biomateriales dirigidos a la superficie ocular. Permite evaluar aspectos simples pero muy relevantes de los materiales como los siguientes: ¿se puede suturar a la superficie ocular? ¿El apósito es lo suficientemente robusto como para colocarlo en la córnea durante cierto tiempo? ¿Es fácil de manipular? El tamaño de los ojos de los cerdos es bastante similar al de los humanos y se puede estudiar la regeneración del epitelio corneal porque las células de la córnea están vivas durante el cultivo. La limitación es que no hay intervención del sistema inmunológico y, por lo tanto, no podemos concluir si el apósito provocaría reacciones inmunitarias o no. Para eso, necesitaríamos el animal completo».

Ventajas de la nanocelulosa bacteriana como apósito ocular

La nanocelulosa bacteriana es solo una de las opciones que se están estudiando para esta aplicación. Otros polímeros naturales, como el colágeno, la fibrina o el ácido hialurónico, son bastante populares. Incluso los sustratos sintéticos fabricados por electrohilado son prometedores.

Sin embargo, la nanocelulosa bacteriana tiene muchas propiedades que la convierten en una buena candidata para el vendaje de la superficie ocular: “Tiene una alta estabilidad térmica, que permite no solo la esterilización a alta temperatura, sino también la criopreservación en tanques de nitrógeno. Además, como se mencionó anteriormente, el proceso de producción es bastante simple y no es necesario utilizar productos químicos peligrosos ni realizar ninguna síntesis. Otra ventaja de la nanocelulosa bacteriana es que puede adaptarse a cualquier formato y funcionalizarse mediante muchas rutas y moléculas diferentes «.
Además, el estudio ha demostrado que la nanocelulosa bacteriana permite que las células madre límbicas humanas creen nuevas células hijas y sobrevivan durante períodos muy prolongados, manteniendo las características de células madre. Al mismo tiempo, proporciona un soporte mecánico fácil de manipular.

Este biomaterial tiene muchas ventajas gracias a su biocompatibilidad, robustez y adaptabilidad a la forma abovedada de la córnea. Sin embargo, un factor clave dificulta su uso potencial y es el hecho de que no es completamente transparente. “Por ahora, no podemos pensar en córneas artificiales hechas de nanocelulosa bacteriana. Más bien nos centramos en los apósitos temporales que se utilizan para tratar una patología corneal durante un cierto período de tiempo y luego se retiran cuando la patología ha mejorado».

El futuro de la nanocelulosa bacteriana como vehículo celular

Este nuevo artículo representa un avance para esta biotecnología, pero Irene Anton ya tiene sus ojos en el futuro, donde la nanocelulosa bacteriana podría usarse incluso como vehículo celular en otros tratamientos terapéuticos: “Mi visión a largo plazo es crear productos terapéuticos formados a partir de células madre sembradas sobre membranas de nanocelulosa, listos y fáciles de usar, y disponibles para tantos hospitales como sea posible. Para eso, necesitamos un buen método de almacenamiento, probablemente crioalmacenamiento y, por supuesto, escalar la producción tanto de células como de nanocelulosa bacteriana, y cumplir con todos los requisitos reglamentarios. ¡Todavía queda mucho trabajo por hacer!».

Referencia:  Limbal Stem Cells on Bacterial Nanocellulose Carriers for Ocular Surface Regeneration. Irene Anton-Sales, Laura Koivusalo, Heli Skottman, Anna Laromaine, and Anna Roig. Small, 15 Feb 2021, DOI: 10.1002/smll.202003937.

Comunicación ICMAB

Instituto de Análisis Económico (IAE)

Irene Anton, sosteniendo una muestra de nanocelulosa bacteriana, utilizada como apósito corneal | ICMAB.