En mi experiencia docente en el departamento de Bioingeniería de UTEC he tenido la oportunidad de conocer talentosos estudiantes que llegaron a cursar esta carrera con sueños de crecer como personas y como profesionales. Varios de ellos encontraron en la bioingeniería la posibilidad de superar retos, resolver problemas, y pensar en grande a la hora de demostrar sus conocimientos y habilidades adquiridas en su paso por esta institución.

Uno de los momentos académicos más importantes para cualquier estudiante universitario es la hora de demostrar su talante al desarrollar un proyecto de tesis como el epílogo de sus estudios universitarios. Y en ese momento he supervisado (o co-supervisado) a varios talentosos estudiantes que a la hora de crear y desarrollar un proyecto de investigación en bioingeniería, elaboran propuestas ambiciosas que pronto se convierten en proyectos para la solución de problemas en la biomédica y la biotecnología. Más aún, la ambición de estos estudiantes los lleva a plantear proyectos de largo plazo, donde sus respectivas tesis de fin de carrera son apenas el primer escalón del ascenso a la solución práctica y no solo simplemente un requisito de grado, sino que seguirán desarrollándose para llegar a ser propuestas aplicadas para la solución real de los problemas considerados. 

En mi rol como docente de la asignatura Proyecto final de Bioingeniería (donde precisamente nuestros chicos hacen su tesis), deseo compartir algunos de los ambiciosos y revolucionarios proyectos que nuestros estudiantes han llevado a cabo en el curso que ahora termina en 2023. 

Algunos de nuestros estudiantes han decidido plantear soluciones para enfrentar el problema de la carencia de órganos y tejidos para el implante en pacientes que los han perdido y esperan donaciones de estos para vivir. 

Las estudiantes Yue Yang y Rafaella Camere han enfocado sus esfuerzos y talento para desarrollar corneas biomiméticas a partir de la bioimpresión 3D por extrusión. 

Inspirándose en la microestructura nativa de las corneas, Yue Yang ha enfocado su trabajo en estudiar los efectos que tienen diversos patrones de relleno así como la composición del hidrogel (material impreso) sobre la propiedades mecánicas del constructo final, encontrando que una cornea biomimética impresa a manera de disco plano con patrones triangulares y usando un hidrogel de alginato-gelatina reticulado con sultato de cobre ofrece propiedades mecánicas óptimas aunque aún por debajo de aquella reportadas en la literatura (Figura 1 a) [1].

Por su parte, Rafaella Camere enfocó su investigación en probar diferentes composiciones de tinta para bioimprimir, variando las concentraciones de los materiales empleados (Alginato de sodio y gelatina B) y el agente reticulador (lactato de calcio), evaluando las propiedades físicas, boiquímicas y mecánicas de las composiciones más promisorias. Su investigación identificó un amplio abanico de efectos en términos de estabilidad, apariencia y bioimprimibilidad con dichas variaciones. Identificó que la disminución de gelatina y el aumento de alginato favorece la transparencia del constructo, pero a costa de reducir su resistencia mecánica (Figura 1 b). A su vez, el incremento en las concentraciones de los materiales aumenta la estabilidad del modelo impreso pero a costa de incrementar la presión de extrusión, lo cual debe ser vigilado si el material de impresión fuese a incluir células. Finalmente demostró que las variaciones en las composiciones químicas de las tintas a partir de la reticulación tienen influencia en la estabilidad y respuesta mecánica del material, donde un 10% de agente reticulador genera un módulo elástico semejante al de corneas bovinas [2].      

César Argüelles y Pedro Toledo han desarrollado un biopolímero compuesto por proteínas recombinantes representativas del colágeno y la elastina, componentes esenciales que favorecen la adhesión y actividad celular en andamios con la pretención de servir de base para el cultivo de tejidos vivos. A pesar de que su proceso estandarizado de obtención fue optimizado y eficiente,  generó cantidades del biopolímero por debajo de lo reportado en la literatura. No obstante, lograron caracterizar morfológicamente este compuesto, evidenciando su potencial para su uso en andamios de cultivo de tejidos (Figura 1 c y d) [3].   

En cuanto a la generación de nuevos andamios para la formación de tejido óseo, Nicole Regrat y Rafael Carbajal han investigado el potencial de la coronta del maiz como andamio para la formación de este tejido dada su microarquitectura y capacidad mecánica. Su proceso incluyó por lo pronto la descelularización y la caracterización mecánica del constructo descelularizado, encontrando que este proceso afecta la resistencia mecánica, pero con la expectativa de recuperar esta propiedad por la mineralización que le aporten los osteoblastos en un futuro cultivo celular (Figura 1 e) [4].   

Richard calderón, desde su estudio en microfluídica computacional, ha diseñado un chip para  para la separación eficiente de eritrocitos que a su vez son microencapsulados en gotas uniformes de 200 µm para así incrementar la calidad y el tiempo de conservación de la sangre almacenada en bancos de sangre. Dicho dispositivo ha obtenido su versión optimizada después de estudiar el efecto de los radios de curvatura y los ciclos de contracción-expansión a lo largo de la trayectoria 3D que recorre la sangre dentro del chip encontrando que, al incrementar el radio de curvatura y fijar entre cuatro y cinco ciclos de contracción-expansión, la eficiencia de separación y microencapsulamiento alcanza un 74% (Figura 1 f) [5].   

Cierro este artículo hablando del trabajo de tres tesistas bioingenieros que analizaron el desempeño de los biomateriales tanto para la liberación como para la captura de sustancias. 

Respecto a los biomateriales para la liberación controlada de sustancias, Daniella Rivero analizó el comportamiento cinético del hinchamiento de un hidrogel de Phytagel con alcohol polivinílico ante el estímulo del factor pH como una alternativa biodegradable y mecánicamente resistente para para la liberación controlada de fármaco (Figura 2 a y b). Para este estudio tomó como referencia los pH´s presentes en los distintos segmentos del sistema digestivo humano. Se encontró que el mejor hinchamiento se obtiene a un factor ácido de pH 5, que su mayor tasa de degradación es en un ambiente alcalino con factor pH de 8, y su liberación de fármaco es no lineal. Dichas características permitieron concluir que un punto objetivo óptimo para su uso es el estomago [6].

En esta misma línea, Alexandra Valdez desarrollo un método para tener liberación controlada de glifosato usando microcápsulas creadas en un sistema microfluídico a través de sinterización iónica, evaluando parámetros de fabricación tales como las concentraciones del alginato y sultafo de cobre (materiales encapsuladores) y las velocidades de flujo dentro del dispositivo para evaluar el tamaño y la estructura de las cápsulas, así como la tasa de liberación del herbicida. Dicha investigación halló que las microcápsulas formadas tienen diámetros alrededor de 300 µm, cuyo tamaño depende de la velocidad de flujo del glifosato (Figura 2 c). Al cabo de 10 horas en un medio acuoso, las microcápsulas había liberado el 7% de la sustancia encapsulada [7].             

Finalmente, aplicando conceptos de biología sintética, Nadia Chamana elaboró un sistema de evolución continua (algo así como modificar estructuras genómicas para causar una evolución natural a alta velocidad) con el objeto de atrapar dióxido de carbono del medio ambiente usando la fotosíntesis de las algas como principio de operación. Dicho sistema permitió la creación de genomas que, intercalados en cadenas naturales existentes, tienen el potencial de capturar más cantidad de carbono, desarrollando un concepto para la eliminación del causante del efecto invernadero (Figura 2 d) [8].            

Estos proyectos presentados son un ejemplo de la investigación alrededor de la cual se construye la identidad y la imagen de nuestros bioingenieros. Aquí los tienen mundo, los bioingenieros de UTEC. 

Referencias

[1]  Y. Yang, “Optimization of the design process of tissue-engineered corneal scaffold through pneumatic extrusion-based 3d bioprinting”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023.

[2]  R. Camere, “Diseño de hidrogeles a base de alginato de sodio y gelatina tipo B para bioimpresión 3d de tejido corneal con visión a trasplante”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023.    

[3]  C. Argúelles y P. Toledo, “Diseño, síntesis y caracterización de un nuevo biopolímero a base de la combinación de colágeno y elastina recombinantes para la formación de andamios con aplicación en la regeneración de tejidos”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023.

[4]  R. Carbajal y N. Regrat, “Desarrollo de un andamio a partir de la coronta de Zea mays, L. (choclo) para obtener un modelo óseo”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023.  

[5]  R. Calderón, “Desarrollo de un lab-on-a-chip para la separación y microencapsulamiento de eritrocitos en alginato con el fin de mitigar las lesiones de almacenamiento en bancos de sangre”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023.

[6]  D. Rivero, “Analysis of Swelling behavior and characteristics of a phytagel (PHY) and Polyvinyl alcohol (PVA) based hydrogel for its future application as a Drug delivery system”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023.

[7]  A. Valdez, “Desarrollo de un sistema de liberación controlada basado en microcápsulas de Cu-alginato cargadas con pesticida glifosato a partir de un dispositivo microfluídico con geometría de enfoque de flujo”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023.

[8]  N. Chamana, “Maximization of the CO₂ fixation in chlamydomonas reinhardtii using an in vivo continuous directed evolution system”, Tesis de pregrado, Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química, UTEC, Lima, Perú, dic 2023. 

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