Investigadores de la UGR utilizan campos magnéticos de alta frecuencia para programar la arquitectura 3D de hidrogeles vivos

La técnica podría permitir crear estructuras tridimensionales capaces de orientar la organización de células humanas

Investigadores de la Universidad de Granada han desarrollado una estrategia para controlar la estructura interna de hidrogeles que contienen células mediante campos magnéticos variables en el tiempo. La técnica utiliza partículas magnéticas incorporadas al material como elementos de construcción que se autoensamblan mientras el hidrogel se está formando.

El trabajo, publicado en la revista Biomaterials con el título High-frequency magnetic fields for fine tuning particle scaffolds in living self-healing hydrogels, explora un tipo de campos magnéticos dinámicos poco estudiado hasta ahora en el ámbito de los biomateriales. La investigación ha sido desarrollada por Stefania Nardecchia, Jesús García-Gutiérrez, Guillermo Camacho, José R. Morillas, Matthew Terkel y Juan de Vicente, investigadores del Magnetic Soft Matter Group del Departamento de Física Aplicada de la UGR, y se ha realizado en el Laboratorio Singular en Tecnologías Avanzadas F2N2Lab.

A diferencia de los campos magnéticos estáticos, que suelen organizar las partículas en una única dirección, los investigadores han empleado campos biaxiales y triaxiales de alta frecuencia que permiten controlar cómo interactúan las partículas entre sí. De este modo han conseguido generar distintas arquitecturas tridimensionales dentro de los hidrogeles.

Estas estructuras se forman mientras el hidrogel se encuentra aún en estado fluido. En esa fase, las partículas pueden desplazarse y organizarse bajo la acción del campo magnético. Conforme avanza la gelificación, la matriz se vuelve más viscosa hasta inmovilizar la estructura generada. Una vez consolidada, el campo magnético puede retirarse y la arquitectura permanece estable dentro del material.

Esta estrategia permite modificar la microarquitectura del hidrogel sin alterar de forma significativa su composición química. Además, simulaciones realizadas a escala de partícula reprodujeron las estructuras observadas experimentalmente y proporcionaron una base física para diseñar nuevas configuraciones.

Uno de los principales objetivos del estudio era comprobar si estas arquitecturas internas podían influir en el comportamiento de las células incorporadas al hidrogel. Para ello, los investigadores analizaron especialmente estructuras laminares que proporcionan una organización interna continua y bien definida.

Los resultados mostraron que los fibroblastos humanos se distribuían entre las láminas de partículas y mantenían una viabilidad superior al 95 % durante todo el periodo analizado. Con el tiempo, las células comenzaron además a orientarse y alargarse siguiendo la dirección marcada por dichas láminas. Estas diferencias respecto a hidrogeles sin organización interna fueron apreciables desde los primeros días de cultivo y aumentaron progresivamente.

El seguimiento tridimensional permitió comprobar también que los fibroblastos migraban hacia las láminas magnéticas. Los resultados indican que una estructura generada en pocos minutos mediante un campo magnético permanece posteriormente como una señal física capaz de influir en la organización y el comportamiento de las células, incluso después de haber retirado el campo.

Experimentos complementarios con mioblastos C2C12 mostraron igualmente una buena viabilidad y una distribución condicionada por estas estructuras laminares, lo que sugiere que el concepto podría extenderse a otros tipos celulares.

La matriz utilizada en el estudio está compuesta principalmente por laminarina oxidada y gelatina y presenta propiedades autorreparables gracias a la presencia de enlaces dinámicos. Esta característica permite combinar una matriz blanda y altamente hidratada con una arquitectura interna que puede diseñarse y controlarse mediante campos magnéticos.

Los ensayos de citocompatibilidad realizados no detectaron reducciones significativas de la viabilidad ni de la actividad metabólica de las células asociadas a la exposición a los campos magnéticos empleados para generar las estructuras.

Más allá de una estructura concreta, la principal aportación de esta tecnología es que permite diseñar distintos microambientes tridimensionales dentro de materiales blandos mediante la modificación del campo magnético aplicado. Esto abre nuevas posibilidades para desarrollar modelos de tejidos con anisotropía o heterogeneidad espacial controlada y para estudiar de qué manera la arquitectura microscópica del entorno condiciona el comportamiento celular.

Los autores subrayan, no obstante, que se trata todavía de una plataforma evaluada exclusivamente in vitro. Antes de plantear posibles aplicaciones en medicina regenerativa, será necesario estudiar su comportamiento en modelos animales para conocer cómo responde el organismo, cómo se integra con los tejidos, cómo evoluciona la matriz y qué ocurre con las partículas magnéticas una vez introducidas en el cuerpo.