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La metamorfosis biotecnológica del gusano de seda en la huerta murciana

Los mercaderes que recorrían en el siglo XV la Ruta de la Seda no podían imaginarse que con los insignificantes gusanos que producían sus telas se reconstruirían, seis siglos después, los huesos dañados de sus descendientes. Ese tesoro biológico es ahora la meta del nuevo centro de I+D del Instituto Murciano de Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario (IMIDA): explotar sus prodigiosas proteínas para la medicina regenerativa, la ingeniería de tejidos y la cosmética natural.

Larva de gusano de seda elaborando el capullo como paso previo al periodo de metamorfosis. / Salvador D. Aznar Cervantes

Larva de gusano de seda elaborando el capullo como paso previo al periodo de metamorfosis. / Salvador D. Aznar Cervantes

La metamorfosis de oruga a mariposa no es el fenómeno más sorprendente del gusano de seda. El Bombyx mori, como se le llama en el mundo científico, es una mina para la biotecnología en todas las fases de su ciclo vital.

La larva se utiliza como biorreactor para producir proteínas de interés terapéutico; con la proteína pegajosa que envuelve al hilo (sericina) y el aceite de la crisálida se elaboran cremas con propiedades cicatrizantes y regenerantes, y con la proteína que constituye la seda (fibroína) se fabrican armazones donde sembrar células madre que reconstruyan tejido óseo o piel.

El biotecnólogo Cenis empezó a indagar en los nuevos usos del gusano de seda que veía criar a los huertanos en la pedanía de La Alberca

“La fibroína acumula propiedades que la hacen única: no provoca rechazo en los tejidos humanos, es inocua, ofrece mucha resistencia y además se reabsorbe con el tiempo. También resulta más económica y sostenible que otros biomateriales y la materia prima la tenemos aquí, en Murcia, a nuestra mano”, explica a Sinc José Luis Cenis, jefe del Equipo de Biotecnología delIMIDA e investigador principal del recién inaugurado Centro de I+D en Bioproductos del Gusano de la Seda para Biotecnología y Biomedicina.

Murcia, tierra de sedas

No es casualidad que este complejo biotecnológico, único en Europa, se encuentre en Murcia. “China fue la cuna de la actividad sericícola hace 5.000 años. Entre los siglos XV y XIX llegó a ser un sector fundamental de la economía española, principalmente en la zona de Levante y en Granada. A finales del XIX, una devastadora epidemia de pebrina provocó un colapso en la cría del gusano de seda en toda Europa; una plaga a la que Louis Pasteur logró poner fin pero que modificó totalmente el sector”, relata Cenis.

A partir de ese momento, la producción se concentró en Murcia y el Ministerio de Fomento decidió en 1892 crear la Estación Sericícola en esta ciudad para tecnificar la actividad y mejorar el control sanitario de la cría. Aquel instituto tecnológico, sin función desde que la industria de la seda desapareció en 1976 por la competencia china y la aparición de las fibras artificiales, acogió en febrero el flamante centro de I+D que se propone rescatar el histórico negocio de la seda.

Colaboración el MIT

El inicio del proyecto fue fortuito. Movido por la curiosidad, Cenis empezó a indagar en los nuevos usos del gusano de seda que veía criar a los huertanos en la pedanía de La Alberca, donde se encuentra el IMIDA. En la cultura local persisten vestigios de la sericicultura muy arraigados. Solo hace falta pasear por los jardines de Murcia para observar las chimeneas de las antiguas fábricas de la seda o fijarse en primavera en los escolares que salen del cole con una caja de zapatos llena de gusanos que el profesor les ha entregado para que observen el ciclo biológico del insecto en su casa.

En 2006, la idea de Cenis y su equipo se materializó en un plan de investigación sobre biomateriales de seda, en estrecha colaboración con equipos de terapia celular, ciencia de materiales, ingeniería tisular, nanociencia, electroquímica y tecnología de los alimentos.

La estrategia consistía en contactar con los grupos punteros en el uso biotecnológico de la seda del gusano de China, Italia y Estados Unidos, e incorporar estas tecnologías al sistema investigador murciano. En el proyecto se ha involucrado el equipo de David Kaplan, del departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Tufts, que describió en 2004 las propiedades de la fibroína como biomaterial; y el departamento de Ingeniería Química del Massachusetts Institute of Technology (MIT), donde el biólogo Salvador Aznar Cervantes, del IMIDA, realizó una estancia.

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Grupo investigador del Departamento de Biotecnología del IMIDA. De izquierda a derecha: Dr. Salvador Aznar, Daniel Vicente, Dr. Abel Lozano, Dra. Celia Martinez-Mora y Dr. José Luis Cenis, jefe del Equipo. IMIDA

Pero sin infraestructuras no hay investigación. El proyecto requería de una instalación de bioseguridad, una planta de cría de gusano de seda, un animalario, un laboratorio de cultivos celulares, cámaras frías para incubar huevos e incluso una finca propia de moreras para alimentarlos.

La idea de Cenis se materializó en un plan de investigación sobre biomateriales de seda para ingeniería de tejidos, nanociencia y reconstrucción ósea

Toda esta dotación se ha alojado en un avanzado edificio en la huerta murciana financiado por los Fondos Feder (80%) y el IMIDA (20%). “No existe nada similar en Europa. Hay laboratorios más avanzados en la fabricación de biomateriales de seda, pero nosotros integramos todo el proceso completo, desde la cría de razas especiales del insecto hasta el cultivo de las células en los biomateriales que fabricamos”, destaca Cenis.

Esponjas 3D y andamios

Para que la seda sea útil en la biomedicina, Salvador Aznar explica que “el primer paso es extraer la fibroína del capullo, que es un hilo continuo que puede llegar a medir más de un kilómetro. Mediante un proceso químico la transformamos en una solución líquida para producir diferentes presentaciones: filmes, geles, esponjas tridimensionales, mallas electrohiladas, nanopartículas y fibras. Cada uno de estos formatos abre el camino a aplicaciones muy diversas”.

El film, una película transparente de fibroína, es la presentación más adecuada para la regeneración de la superficie del ojo.

Las nanopartículas de fibroína son capaces de transportar a la célula un antitumoral o antiinflamatorio, lo que mejora el tratamiento y evita los efectos secundarios de fármacos como los corticoides.

Otra opción es proyectar un chorro de polímero en un campo eléctrico para crear una malla electrohilada. Antonio Abel Lozano Pérez, del equipo de Biotecnología, compara esta presentación con “un papel que se ve al microscopio como un fieltro de fibras ultrafinas desordenadas”. Su interés reside en que “se asemeja mucho a la estructura de la matriz de colágeno donde se desarrollan los tejidos blandos, por lo que las células madre que se siembran en la malla encuentran un medio favorable para diferenciarse y proliferar en el tipo de célula necesaria para regenerar un tejido dañado”.

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Célula mesenquimal de médula ósea creciendo sobre una malla de fibroína fabricada mediante electrohilatura. IMIDA

La investigación de cada futura aplicación biomédica necesita inducir un tipo de célula diferente. El equipo de Luis Meseguer Olmo, jefe de sección de Traumatología del Hospital Clínico Universitario Virgen de la Arrixaca (Murcia) y responsable del programa de Biomateriales e Ingeniería Tisular, utiliza células madre del propio paciente sembradas sobre materiales porosos para reconstruir huesos lesionados.

En el mismo hospital, Francisco Javier Rodríguez Lozano, responsable del área dental de la Unidad de Terapia Celular y Trasplante Hematopoyético, requiere de células mesenquimales para regenerar una mandíbula.

Para recuperar tejido óseo, los andamios de fibroína y las esponjas porosas 3D facilitan que las células madre se diferencien en osteoblastos. “Aplicamos esta técnica para reconstruir un agujero en la mandíbula de una oveja y el hueso se soldó”, apunta Meseguer. Los resultados al cabo de un año son equivalentes a los obtenidos con el injerto de hueso del paciente. Con esta misma tecnología también se han producido estructuras para la sustitución de menisco y membranas de tejido cartilaginoso.

En odontología, las miniestructuras de fibroína permitirán que “en lugar de realizar una endodoncia para matar el nervio, podamos regenerar la pulpa dental”, avanza Rodríguez Lozano.

La seda habla con las neuronas

La neurociencia también se ha fijado en los gusanos, cuya seda podría ser un puente para dialogar con las neuronas.

La neurociencia también se ha fijado en los gusanos, cuya seda podría ser un puente para dialogar con las neuronas

“Desde los ordenadores escuchamos a las neuronas, pero no podemos dialogar con ellas. Para lograr ese salto, cubrimos la fibroína de la seda con polímeros conductores de la electricidad”, dice Toribio Fernández Otero, director del Centro de Electroquímica y Materiales Inteligentes de la Universidad Politécnica de Cartagena.

“Con este material conductor y biocompatible perseguimos cambiar la transmisión de electrones, que no entienden las neuronas, por iones, que sí son comprensibles para ellas”.

En su experimento, cultivan células madre y les aplican campos eléctricos para liberar iones. La seda con polímeros actuaría de puerto de comunicación al recibir un electrón y liberar un ion. ¿Y para qué sirve dialogar con las neuronas? “Podríamos implantar una cámara de vídeo en el hueco del ojo de un ciego y conectarla al cerebro si conseguimos cambiar las señales electrónicas de la cámara por señales iónicas. Imagínese”.

Por ahora, ninguna de las líneas de investigación en torno a la seda como biomaterial se está aplicando en humanos; ni en España ni en ningún otro país. Será una realidad clínica a medio plazo, coinciden todos los investigadores consultados por Sinc. Eso, en términos científicos, significa que dentro de diez o quince años podríamos asistir a la metamorfosis biotecnológica del gusano de seda.

De las fábricas de seda a las cremas con aval científico

Aficionado a la cría de gusanos de seda, empresario devoto de la naturaleza y huertano de toda la vida. Así se define Pepe Caravaca, fundador de la empresa Quivera ubicada en Fuente Álamo, una de las tres firmas murcianas que explotan las virtudes de la seda para la cosmética. Aunque de momento todas tienen una producción pequeña e incipiente, cuentan con el aval de investigaciones publicadas por científicos de Japón y de la India en las que se constatan las propiedades antibacterianas, cicatrizantes e hidratantes de los componentes del gusano de seda. De ahí que estas empresas estén en contacto con el equipo de José Luis Cenis en el IMIDA.

“La fibroína es buena en la cicatrización de heridas y estimula el crecimiento de fibroblastos de la piel en cultivos celulares, lo que produce un efecto reparador. Pero debido a su coste, no se usa tanto en cosmética como la sericina, que es claramente hidratante, o como los hidrolizados de seda, que se obtienen al disolver los capullos en sosa y eso produce una solución de péptidos y aminoácidos que mejoran el estado de la piel y el cabello. Las cremas de alta gama, que producen importantes marcas japonesas, utilizan procesos biotecnológicos protegidos y mucho más complejos, que preservan mejor las propiedades de la seda. Nosotros trabajamos en la misma dirección, intentando desarrollar métodos de procesamiento más eficientes”, explica Cenis.

Pepe Caravaca, a sus 73 años, no persigue emular a esas firmas asiáticas. “Quivera es una empresa familiar y mi objetivo es que mis hijos puedan seguir viviendo de esta actividad al crear productos que dan nuestros propios gusanos. Es una forma de vida”.

Fuente: SINC

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