Investigadores del Grup de Nanoparticles and Nanocomposites (NN) de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB, CSIC) produeixen, preparen i utilitzen la nanocel·lulosa bacteriana com a apòsit corneal per a ajudar les delicades cèl·lules mare a assentar-se en la còrnia per a curar l'ull d'una varietat de trastorns oculars.

Els nostres ulls tenen una superfície molt delicada que pot veure's afectada per una sèrie de problemes, com malalties inflamatòries, cremades o traumatismes. Les conseqüències d'aquests trastorns oculars (com opacificació, vascularització i cicatrització de la còrnia) poden provocar una pèrdua total o parcial de la visió.

Una possible resposta per al seu tractament es pot trobar en les cèl·lules mare límbiques (LSC), que es troben al limbe cornial i podrien substituir les cèl·lules perdudes a la còrnia. Un trasplantament d'aquest tipus de cèl·lules a la zona afectada podria curar la còrnia, però és un procés complex i delicat. El trasplantament eficaç de les cèl·lules requereix un substrat apropiat per a fixar-les a la còrnia. Es requereix una combinació molt específica de propietats perquè el transplantament sigui correcte.

Investigadores del Grup de Nanoparticles and Nanocomposites (NN) de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB, CSIC), Anna Roig, Anna Laromaine i Irene Anton, han publicat un article sobre la producció i caracterització de nanocel·lulosa bacteriana (BNC) per a ser utilitzada d'apòsit per a assegurar les cèl·lules mare límbiques a la còrnia. L'estudi, publicat a Small, se centra en l'ús d'aquestes cèl·lules derivades de cèl·lules mare embrionàries humanes, i es va realitzar en col·laboració amb el Eye Group de la Universitat de Tampere (Finlàndia), liderat per la Prof. Heli Skottman, experts en l'ús de cèl·lules mare per a aplicacions oculars.

Dels bacteris a les proves ex vivo

Irene Anton, investigadora del Grup de Nanoparticles and Nanocomposites (NN), explica com es crea la nanocelul·losa bacteriana, el primer pas d'aquest procés:

"La nanocel·lulosa bacteriana es produeix espontàniament com a polisacàrid extracelul·lar per diversos tipus de bacteris. Gairebé tota la feina de producció la realitzen els bacteris: incubem cultius líquids de Komagataeibacter xylinus durant 3-4 dies, fins que es forma un hidrogel gelatinós a la interfície entre el medi de cultiu líquid i l'aire. Aquesta pel·lícula es neteja i esterilitza i es pot utilitzar en els nostres projectes biomèdics ".

Les cèl·lules mare s'uneixen a la nanocel·lulosa gràcies a un recobriment de matriu extracel·lular. Per aconseguir un recobriment homogeni i complet de la nanocel·lulosa bacteriana, s'utilitza un reactor de plasma. Aquestes mostres es caracteritzen mitjançant una sèrie d'experiments i tècniques, com el mesurament de la transmissió de llum a través de la mostra o estudis sobre la viabilitat de les cèl·lules. Aquest estudi també inclou una avaluació preliminar ex vivo dels apòsits en un cultiu de còrnies porcines com a escenari de trasplantament simulat.

Avantatges de la nanocel·lulosa bacteriana com a embenatge ocular

La nanocel·lulosa bacteriana és només una de les opcions que s'estan estudiant per a aquesta aplicació. Altres polímers naturals, com el col·lagen, la fibrina o l'àcid hialurònic, són bastant populars. Fins i tot els substrats sintètics fabricats per electrospinning són prometedors.

No obstant això, la nanocel·lulosa bacteriana té moltes propietats que la converteixen en una bona candidata per a l'embenatge de la superfície ocular: "Té una alta estabilitat tèrmica, que permet no sols l'esterilització a alta temperatura, sinó també la criopreservació en tancs de nitrogen. A més, com s'ha indicat anteriorment, el procés de producció és bastant simple i no és necessari utilitzar productes químics perillosos ni realitzar cap síntesi. Un altre avantatge de la nanocel·lulosa bacteriana és que pot adaptar-se a qualsevol format i funcionalitzar-se mitjançant moltes rutes i molècules diferents".

A més, l'estudi ha demostrat que la nanocel·lulosa bacteriana permet que les cèl·lules mare límbiques humanes creïn noves cèl·lules filles i sobrevisquin durant períodes molt prolongats, mantenint les seves característiques de cèl·lules mare. Al mateix temps, proporciona un suport mecànic autònom i fàcil de manipular.

Aquest teixit té molts avantatges gràcies a la seva biocompatibilitat, robustesa i adaptabilitat a la forma corbada de la còrnia. No obstant això, un factor clau en dificulta l'ús potencial, i és el fet que no és completament transparent. "De moment, no podem pensar en còrnies artificials fetes de nanocel·lulosa bacteriana. Més aviat ens centrem en els apòsits temporals que s'utilitzen per a tractar una patologia corneal durant un cert període de temps, i després es retiren quan la patologia ha millorat".

El futur de la nanocel·lulosa bacteriana com a vehicle cel·lular

Aquest nou estudi representa un avanç per a aquesta biotecnologia, però l'Irene Anton ja té els seus ulls en el futur, on la nanocel·lulosa bacteriana podria ser utilitzada fins i tot com a vehicle cel·lular en altres tractaments terapèutics: "La meva visió a llarg termini és crear productes terapèutics a partir de cèl·lules mare sembrades sobre membranes de nanocel·lulosa bacteriana, llestes i fàcils d'usar i disponibles per a tants hospitals com sigui possible. Per a això, necessitem un bon mètode d'emmagatzematge, probablement crio-emmagatzematge i, per descomptat, escalar la producció tant de cèl·lules com de nanocel·lulosa, i complir amb tots els requisits reglamentaris. Encara queda molta feina per fer!".

Referència:

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