Partiendo de subproductos de la industria alimentaria ricos en quitina, y tras un tratamiento específico basado en los principios de la química verde, es posible obtener biomateriales que pueden ser procesados por técnicas empleadas actualmente por la industria. La quitina es el segundo polímero natural más abundante después de la celulosa y constituye el exoesqueleto de insectos, arácnidos y crustáceos, entre otros.

El grupo BIOMAT de la UPV/EHU trabaja en la obtención de quitina a partir de fuentes alternativas. Las materias primas que utiliza el grupo son residuos de la industria conservera, a partir de las cuales esperan desarrollar un proceso optimizado de obtención de quitina y proteína, que podrían ser utilizadas en una amplia gama de aplicaciones, ya que poseen propiedades de gran interés, entre las que destacan su biocompatibilidad y biodegradabilidad. Además, se pueden obtener materiales en una gran variedad de formatos (polvo, pellet, film, hidrogel).

Asimismo, la quitina se puede utilizar como refuerzo en la obtención de hidrogeles para aplicaciones biomédicas basados en proteínas.  Los hidrogeles son materiales porosos con alto contenido en agua, formados por entramados moleculares que les confieren gran elasticidad y resistencia, y que cumplen una serie de requisitos específicos relativos a biocompatibilidad, biodegradabilidad y citotoxicidad necesarios para las aplicaciones biomédicas. Precisamente, el grupo de investigación ha obtenido muy buenos resultados al usar quitina obtenida de las plumas de calamar como refuerzo en la fabricación de hidrogeles de proteína.

“Imagina un producto hecho de proteína, que sea muy ligero, muy resistente y en el que se adhieran y crezcan las células. Suena complicado, pero en los últimos años hemos investigado cómo desnaturalizar las proteínas para poder modificarlas en función de las propiedades requeridas para cada aplicación específica y, una vez renaturalizadas, siguen siendo biocompatibles y no generan rechazo”, subraya Pedro Guerrero, investigador del grupo BIOMAT.

Andamios para ingeniería de tejidos

“Uno de nuestros objetivos consiste en desarrollar nuevos materiales para formular hidrogeles similares a los tejidos biológicos, por tanto, estos hidrogeles deben tener unas propiedades específicas para poder interactuar con células o fármacos, por ejemplo", explica el investigador.

El grupo BIOMAT pretende desarrollar un nuevo material basado en proteína y quitina para fabricar "andamios" (scaffolds) innovadores y que este material sea, además, apto para la fabricación aditiva mediante tecnología Fused Deposition Modeling (FDM), bioimpresión por inyección y bioimpresión por extrusión. "Existe la necesidad de desarrollar nuevos materiales para fabricar estructuras 3D, examinando no sólo las características del material sino también su viabilidad para emplearlo utilizando las técnicas industriales de diseño asistido por ordenador. El reto no está solo en la tecnología de las impresoras, sino también en los materiales que se utilizan para alimentar dichas impresoras", añade el Dr. Guerrero.

Esta estrategia consiste en modular y controlar las propiedades químicas, físicas y biológicas bajo condiciones de reacción moderadas para fabricar scaffolds para ingeniería de tejidos, depositando una capa de proteína termoplástica sobre otra de forma sucesiva hasta completar el scaffold. Como ventaja de partida, los materiales basados en proteínas son biocompatibles y biodegradables y, por tanto, aptos para la ingeniería tisular.

Una vez obtenidos los materiales basados en proteínas, estos deben cumplir una serie de requerimientos para su utilización en ingeniería de tejidos: ser biocompatibles con los tejidos; mostrar una biodegradabilidad controlada para ser sustituidos por el tejido una vez que éste se haya regenerado; no ser citotóxicos, para evitar respuestas adversas en el organismo; tener las propiedades mecánicas requeridas para cada tipo de aplicación, en función de la localización del scaffold; y poseer una porosidad y una morfología apropiadas para favorecer el crecimiento celular y el transporte de metabolitos, nutrientes y moléculas bioactivas, tanto dentro del scaffold como entre este y el medio circundante. Los resultados de los análisis, llevados a cabo en colaboración con el grupo de la Dra. Rosa Hernández en la Facultad de Farmacia de la UPV/EHU, muestran la viabilidad de los materiales desarrollados para aplicaciones biomédicas.

Información complementaria

El grupo BIOMAT es un grupo de investigación multidicisplinar constituido por profesores e investigadores de los departamentos de Ingeniería Química y del Medio Ambiente, Física Aplicada, Organización de Empresas y Matemática Aplicada de la UPV/EHU, que trabaja en el área de materiales renovables y biodegradables para distintas aplicaciones. La investigación del grupo se centra en la valorización de subproductos y residuos industriales para la fabricación de films biodegradables y biocomposites, la modificación de biopolímeros, la optimización de los procesos de fabricación de bioplásticos y el estudio ambiental de los productos fabricados.