Imagina las ventajas y los beneficios que tendría el poder conocer qué tratamiento médico es mejor para cada paciente. Este es uno de los beneficios que ofrecen los cultivos celulares tridimensionales basados en sistemas de dos fases acuosas.
Este artículo ofrece un vistazo general a una técnica llamada «sistema de dos fases acuosas», y su evolución hacia otros usos, especialmente el cultivo tridimensional, que es una línea de investigación en el Institute for Obesity Research del Tecnológico de Monterrey.
Emplear técnicas ya existentes para generar nuevas aplicaciones es algo común de las innovaciones. Este es el caso de los sistemas de dos fases acuosas para la construcción de cultivos tridimensionales de células, y su potencial aplicación en el campo de la salud.
Sistemas de dos fases acuosas
Comencemos por lo básico, ¿qué son los sistemas de dos fases acuosas y en qué se han empleado anteriormente?
Los sistemas de dos fases acuosas polímero-polímero se usan para separar y obtener un producto de interés a partir de una muestra compleja. Este método se basa en la separación de dos fases líquidas, compuestas por dos diferentes polímeros disueltos en agua [1] .
Esto crea un ambiente adecuado para ser utilizada con productos biológicos [2]. La separación de las fases se genera gracias a la incompatibilidad de los componentes al ser mezclados a ciertas cantidades [1], tal y como sucede al juntar agua y aceite.
La formación de las fases genera dos ambientes con características distintas, lo que permite que los diferentes componentes de la muestra se vayan hacia la fase a la que tengan mayor afinidad (fase superior o fase inferior) [1].
Tradicionalmente, los sistemas de dos fases acuosas se han utilizado para obtener productos biológicos de alto valor, incluyendo proteínas, células, bacterias, levaduras, virus, entre otros [3].
Los múltiples usos de estos sistemas se atribuyen a su implementación sencilla, pues solo requieren materiales básicos de laboratorio, por lo que resultan más económicos que las técnicas tradicionales de cultivo celular tridimensional (cultivos 3D), que exigen materiales sofisticados, como soportes o geles, necesarios para favorecer el crecimiento de células en 3D. [4] .
Son justamente estas ventajas, las que motivaron el buscar nuevas aplicaciones de los sistemas de dos fases acuosas para generar soluciones innovadoras. Dentro de éstas se propuso su empleo para la construcción de cultivos 3D.
Este tipo de cultivo 3D permite a las células crecer en un entorno más natural, simulando las condiciones del tejido in vivo y permitiendo que las células puedan interaccionar y crecer en capas, lo cual resulta útil para desarrollar modelos de enfermedades más realistas y probar medicamentos [5] .
Cultivos 3D basados en dos fases acuosas
Los cultivos 3D basados en sistemas de dos fases acuosas polímero-polímero se construyen al combinar dos soluciones poliméricas, como polietilenglicol y dextrano, con agua.
En la fase polimérica del dextrano se encapsulan las células de interés y el polietilenglicol sirve como una capa de recubrimiento. Las células crecen dentro de la esfera que las contiene y esto garantiza el contacto célula-célula, que permite recrear el ambiente lo más cercano a la realidad al formar estructuras más complejas y funcionales [6] .
Al poder recrear ambientes parecidos al cuerpo, mediante una técnica que se realiza con equipo básico de laboratorio, se abren grandes posibilidades para aplicaciones muy interesantes:
Imagina poder recrear el crecimiento de un tumor con células de un paciente y poder probar diferentes tratamientos para definir cuál es el más efectivo para ese caso en particular. O poder crecer células de grasa basadas en la distribución de un individuo en particular, para estudiar diferentes tratamientos antiobesogénicos.
Nota: El potencial de aplicación es muy amplio y por tal motivo es una de las líneas de investigación que se está explorando dentro de la Unidad de Bioingeniería y Dispositivos Médicos del Institute for Obesity Research del Tecnológico de Monterrey. Dicho proyecto cuenta con el apoyo de financiamiento de Ciencia Básica y de Frontera para su desarrollo.
Referencias
- Albertsson, P.-Å., Partition of Cell Particles and Macromolecules in Polymer Two-Phase Systems, in Advances in Protein Chemistry, C.B. Anfinsen, J.T. Edsall, and F.M. Richards, Editors. 1970, Academic Press. p. 309-341.
- González-González, M. and M. Rito-Palomares, Aqueous two-phase systems strategies to establish novel bioprocesses for stem cells recovery. Critical Reviews in Biotechnology, 2014. 34(4): p. 318-327.
- Benavides, J., et al., Extraction and purification of bioproducts and nanoparticles using Aqueous Two-Phase Systems strategies. Chemical Engineering & Technology, 2008. 31(6): p. 838-845.
- Chairez-Cantu, K., M. González-González, and M. Rito-Palomares, Characterization of polymer-polymer aqueous two-phase system droplets for 3D culture future applications. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2023. 98(8): p. 1888-1895.
- González-González, M. and M. Rito-Palomares, Cell-based aqueous two-phase systems for therapeutics. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2020. 95(1): p. 8- 10.
- Chairez-Cantu, K., M. González-González, and M. Rito-Palomares, Generation of polyethylene glycol-dextran aqueous two-phase system droplets using different culture media under in vitro conditions. Food and Bioproducts Processing, 2023. 139: p. 157-165.
Autora
Mirna González-González. Profesora Investigadora de la Unidad de Bioingeniería y Dispositivos Médicos del Institute for Obesity Research del Tecnológico de Monterrey y líder del proyecto “Nuevo enfoque usando sistemas de dos fases acuosas para la construcción de cultivos 3D de tejido adiposo”.
