Escaparate Tecnológico

Breve Resumen

Se trata de un dispositivo biocompatible y biodegradable para emitir luz que actúe sobre células y tejidos animales con efectos biológicos y terapéuticos. El elemento fundamental de este dispositivo consiste en una fibra de fibroína de seda, con diámetro entre 0.1 y 1.0 mm y longitud variable, obtenida a partir de la glándula sericígena del gusano de seda, que se conoce tradicionalmente como hijuela. Cuando la hijuela es iluminada por un extremo con luz convencional o láser, emite luz lateralmente a lo largo de varios centímetros. Esta fibra puede implantarse en tejidos humanos sin necesidad de ser retirada, debido a su carácter biocompatible y biodegradable.  

Problema a resolver

La radiación electromagnética en el rango visible tiene unos efectos biológicos ampliamente demostrados. A través de la aplicación de luz a las células es posible estimular su desarrollo, inhibirlo, modificarlo o inducir su apoptosis. Hasta la fecha la aplicación de la luz se realiza fundamentalmente a través de guías de luz artificiales (fibras ópticas de vidrio o de plástico), si bien, estos presentan problemas de biocompatibilidad y degradabilidad, pudiendo producir reacciones de cuerpo extraño en órganos, además que es necesaria su retirada una vez realizado el tratamiento.

Las guías de luz utilizadas habitualmente emiten la radiación luminosa solamente a través de uno de los extremos de la fibra. Sin embargo, es deseable la posibilidad de que la fibra emita la luz de forma lateral en aquellos casos en que la diana celular tenga una configuración longitudinal, para conseguir una proliferación celular mucho más efectiva. Por otro lado, hasta la fecha la fabricación y utilización de la fibroina de la seda como guía de onda óptica, ha permitido su incorporación a dispositivos microfluidicos impresos, pero no hace posible su uso como fibra independiente, resistente e implantable.

Descripción de la Tecnología

Este dispositivo permite aplicar luz proveniente de una fuente de luz laser a tejidos superficiales o profundos de órganos de seres vivos. A diferencia de los sistemas empleados hasta ahora con guías de luz artificiales, en esta invención el elemento de aplicación de la luz consiste en un tramo de fibra obtenida a partir de la hijuela, extraída del procesamiento de la glándula sericigena de un gusano de seda y que se utiliza como guía de luz.

La hijuela, que está constituida esencialmente por fibroina, presenta una elevada transparencia y posee la cualidad de emitir luz a través de su superficie lateral a lo largo de la misma.

El elemento central del dispositivo es la hijuela, cuya longitud abarca un intervalo comprendido entre 0.1 y 1.0. El sistema se completa con una guía artificial que se conecta, por un extremo, a la hijuela mediante un tubito de ensamblaje y, por el otro extremo, a una fuente de luz. Cuando ésta es iluminada por un extremo con luz convencional o láser, emite luz lateralmente a lo largo de varios centímetros. Esta fibra puede implantarse en tejidos humanos sin necesidad de ser retirada, debido a su carácter biocompatible y biodegradable.

Además, la superficie de la hijuela presenta la reactividad química de la fibroína, caracterizada por la presencia en su superficie de aminoacidos con grupos reactivos amino y carboxilo. Mediante la activación química de los mismos, también es posible recubrir la hijuela con polímeros conductores (polipirrol, 25 PANI, etc.), o compuestos de carbono conductores (grafeno, nanotubos de carbono, etc.), o metales coma plata o cobre, que le confieren conductividad, permitiendo que la fibra constituya una guía óptica y eléctrica (optoelectrodo).

Ventajas/Beneficios

• La fibroina de la seda es el biopolímero más eficiente en términos de propiedades ópticas y resistencia mecánica.
• Es biodegradable, con una tasa de degradacion que puede modularse.
• La fibroina tiene una gran biocompatibilidad que no genera inflamación ni reacción de cuerpo extraño, una vez insertada en tejidos animales.
• Se consigue una zona más extensa de aplicación de la radiación luminosa que la que se obtiene con una fibra óptica artificial emitiendo luz solo por su extremo.
• La hijuela presenta una elevada resistencia a la tracción mecánica (hasta 5 kilogramos de tensión a rotura), con valores muy superiores a los que presentan las fibras obtenidas par los procedimientos de extrusión
• La resistencia de la fibra permite que no se requiera la utilización de un soporte.
• Esta guía de luz presenta la ventaja de que está constituida por una proteína biocompatible, lo que permite su reabsorción por parte de los tejidos en los que se encuentre implantada.
• Permite una flexibilidad absoluta en lo relativo a la implantación de la fibra para la realización de su función, así como en lo que se refiere a la conexión a la fuente de luz. Esta propiedad de la hijuela la faculta coma elemento idóneo para realizar inserciones superficiales o profundas en tejidos vivos y aplicar luz a los mismos, a través de ella.
• Es posible unir a la hijuela moléculas de diverso tipo que pueden aumentar su funcionalidad, por ejemplo, actividades enzimáticas o fármacos que se activen mediante la acción de la luz.

Aplicaciones

Este dispositivo cuenta con un gran número de aplicaciones en biomedicina:

• Estimulación del crecimiento de células nativas o células ariadidas en un tejido.
• Suturas de heridas en la que se promueva la proliferacion de fibroblastos.
• Trenzar una malla de fibra sobre la que sembrar células y favorecer su crecimiento.
• Eliminación de células tumorales por inducción de apoptosis celular.
• Eliminación de células tumorales combinando la iluminación de la hijuela con la administración de una molécula fotoactivable.
• Producción de suturas de hijuela funcionalizadas con moléculas fotoactivables.
• Activación de neuronas especificas para inducción o supresión del potencial de acción.
• Activación de la liberación de analgésicos y otros fármacos mediante la funcionalización de hijuelas con liposomas cargados y fotoactivables.
• Transmisión de señales eléctricas, durante una intervención neurofisiológica, con la zona biológica intervenida.

Estado de la Tecnología

La tecnología se encuentra protegida mediante título de patente concedido a la UMU por la OEPM (P201500176).