Dr. Julio Romero: Innovación en Ingeniería de tejidos desde la USACH

Investigador trabaja con impresión 3D de nanocompuestos e ingeniería de tejidos con capacidad de entrega de medicamentos 

El Dr. Julio Romero es un destacado académico de la Universidad de Santiago de Chile (USACH). Se graduó como Ingeniero Químico en dicha institución y luego cursó un Magíster en Ciencias de la Ingeniería. Posteriormente, completó su Doctorado en Ingeniería de Procesos en la prestigiosa Universidad de Montpellier, Francia, en el año 2002.

Actualmente, el Dr. Romero lidera un innovador proyecto Fondecyt Regular financiado por la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, ANID, bajo el nombre de “Diseño de andamios de ingeniería de tejidos con capacidad de entrega de medicamentos mediante impresión 3D de nanocompuestos y un proceso de impregnación/espumado supercrítico de un solo paso”. Esta iniciativa busca innovar en el campo de la ingeniería de tejidos para restaurar la función de tejidos y órganos mediante avanzadas estrategias biológicas e ingenieriles.

Según explica el investigador, en las últimas tres décadas, la ingeniería de tejidos ha experimentado una evolución significativa, enfocándose especialmente en el desarrollo de matrices extracelulares artificiales o andamios. Estas estructuras no solo proporcionan soporte mecánico crucial para las células involucradas en la regeneración, sino que también contienen moléculas bioactivas que regulan procesos fundamentales como la diferenciación celular y la funcionalidad tisular.

¿Podría explicarnos cómo ha evolucionado esta disciplina en las últimas décadas?

La ingeniería de tejidos ha avanzado considerablemente, especialmente en el desarrollo de andamios o matrices extracelulares artificiales. Estos andamios no solo proporcionan soporte mecánico a las células durante el proceso de regeneración, sino que también actúan como portadores de moléculas bioactivas que regulan la diferenciación celular y su funcionalidad.

¿Qué características deben tener estos andamios para ser efectivos en la regeneración tisular?

Es crucial que los andamios sean estructuras porosas y altamente interconectadas, que puedan recrear ambientes extracelulares adecuados. Deben ofrecer soporte mecánico y estabilidad, así como propiedades específicas como una adecuada cinética de degradación y señales morfológicas para la adhesión celular.

¿Qué avances se están realizando actualmente en cuanto a la funcionalidad de estos andamios?

En los últimos años, se ha investigado una nueva generación de andamios que no solo proporcionan soporte físico, sino que también son capaces de liberar agentes bioactivos de manera controlada. Este desarrollo permite estimular la proliferación celular y facilitar la regeneración tisular, mejorando así los resultados de los tratamientos.

El proyecto se encuentra en el segundo de cuatro años, nos podría compartir logros e hitos de la investigación

Sí, este es nuestro segundo año de trabajo, el primer año fue principalmente de instalación de equipos y el desarrollo de metodologías, pero hemos progresado más rápido de lo esperado. Hasta ahora, hemos adquirido impresoras 3D y equipos para fabricar filamentos de impresión 3D a partir de una amplia variedad de materiales. También hemos preparado nuestros equipos para implementar postratamientos con fluidos supercríticos de impregnación y espumado, listos para usar los materiales que estamos produciendo. Este año hemos podido realizar la preparación de filamentos y andamios con base en PLA, PCL, PBAT, nano-rellenos, obteniendo diversos nanocompuestos, los cuales presentan propiedades mecánicas específicas muy similares a ciertos tipos de huesos. De este modo, hemos impreso estos materiales nanocompuestos como andamios para regeneración de tejido óseo, realizamos pruebas mecánicas, caracterizaciones químicas y morfológicas, además de modificar la porosidad con CO2 supercrítico. Hasta ahora, hemos establecido la base para avanzar a la segunda etapa: la incorporación de fármacos que serán liberados gradualmente desde el andamio durante el proceso regenerativo, antes de pasar a las pruebas de evaluación biológica, considerando entre otros ensayos las pruebas in vitro e in vivo en nuestro tercer año de investigación.

Su proyecto propone el uso de bionanocompuestos y un proceso de impregnación/espumado supercrítico. ¿Podría explicarnos cómo funciona esta técnica y cuáles son sus beneficios?

Nuestro estudio utiliza un proceso innovador que combina impresión 3D con impregnación/espumado supercrítico. Esto nos permite diseñar andamios con capacidad de entrega de fármacos y propiedades morfológicas mejoradas, lo cual es fundamental para mejorar la adhesión, crecimiento y migración celular, y por ende, la regeneración tisular. El uso de CO₂ nos permite incorporar el fármaco u otras moléculas activas sin necesidad de solventes convencionales que pueden limitar la aplicación y tener un impacto ambiental, así como ser eficientes en la incorporación de ingredientes farmacéuticos.

¿Cuáles son los principales desafíos que enfrenta su equipo en este proyecto?

Uno de los desafíos es entender los fenómenos asociados con la fabricación de estos andamios para optimizar cada paso del proceso. Además, buscamos demostrar que esta tecnología puede aplicarse no solo para regeneración ósea, sino también para otras aplicaciones en ingeniería de tejidos. Esperamos identificar nuevos materiales compuestos funcionales para la regeneración de tejido, que tengan una adecuada respuesta en pacientes con necesidades específicas, las cuales se puedan satisfacer más fácilmente con el uso de manufactura aditiva combinada con la tecnología de fluidos supercríticos.

¿Cómo van a incorporar los fármacos?

Lo que hacemos es fabricar las piezas del andamio. Estas piezas se sumergen en una cámara presurizada con dióxido de carbono (CO2). El CO2 presurizado actúa como un solvente conocido y también como medio para impregnar el material. En esta cámara, disolvemos los fármacos. En una etapa inicial, vamos a probar dos fármacos específicos: la dexametasona y el alendronato. La dexametasona es un inductor osteogénico que facilita el crecimiento del tejido, mientras que el alendronato es un inhibidor osteoclástico que ayuda a prevenir la pérdida ósea. Esta combinación nos permitirá evaluar cómo afectan los fármacos, tanto individualmente como en conjunto, en las pruebas in vivo de nuestros andamios.

Finalmente, ¿cómo espera que este proyecto impacte en el campo de la medicina regenerativa a largo plazo?

Nuestro objetivo es desarrollar materiales avanzados que puedan estimular de manera efectiva la regeneración tisular, ofreciendo nuevas opciones terapéuticas para pacientes que requieren tratamientos de reconstrucción tisular. Creemos que esta tecnología, así como el uso de nuevos materiales nanocompuestos, tienen un potencial transformador en la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos.

Pretendemos impactar en varios ámbitos. Primero, queremos desarrollar la tecnología y sus metodologías, lo que podría conducir a la creación de nuevos productos o procesos de fabricación. Por ejemplo, podríamos desarrollar un emprendimiento a largo plazo para fabricar piezas de andamios destinadas a pacientes con lesiones faciales óseas difíciles de tratar. Además, desde una perspectiva científica más amplia, queremos proporcionar nuevas metodologías para otras aplicaciones que se basen en este conocimiento. En Chile, no tenemos una industria médica o biomédica muy desarrollada, pero sí una potente industria alimentaria. Estos sistemas podrían permitir aplicaciones adicionales, como el desarrollo de materiales biodegradables para envases o dispositivos de liberación controlada de fármacos. Utilizaríamos técnicas similares y nuevos tipos de polímeros y biopolímeros, lo que también podría contribuir al avance y la consolidación de la economía circular.

Por: Lorenzo Palma, publicado en Portal Ciencia en Chile.