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Material con autodestrucción programable

11.08.2017

La mayoría de los materiales artificiales son muy duraderos, lo que es una gran ventaja cuando se usan, pero un gran inconveniente cuando se trata de reciclarlos. Ahora, los investigadores de la Universidad Técnica de Munich están desarrollando materiales que se descomponen cuando se quedan sin energía. Dichos materiales se pueden usar para la administración dirigida de medicamentos en todo el cuerpo y, en el futuro, para crear envases autodestructivos para productos.

Si un animal o una planta no recibe energía a través de los alimentos o la luz solar, muere y se descompone. Pero una sustancia artificial no realiza este tipo de intercambio de energía con el medio ambiente, lo que le permite mantener su forma durante mucho tiempo. Y para la eliminación de tales sustancias, a menudo es necesario gastar una cantidad significativa de energía.

"La mayoría de las sustancias hechas por el hombre son químicamente muy estables y se necesita mucha energía para descomponerlas en sus componentes. La naturaleza no produce vertederos. En cambio, las células biológicas sintetizan constantemente nuevas moléculas a partir de materiales reciclados. Algunas de estas moléculas pueden ensamblarse en estructuras más grandes, los llamados agregados supramoleculares que forman los componentes estructurales de las células. Este conjunto dinámico nos inspiró a desarrollar materiales que se autoreciclan cuando ya no son necesarios", dice Job Boekhoven, autor principal del estudio.

Para imitar estos sistemas naturales, los científicos han creado compuestos de moléculas que se ensamblan en un hidrogel cuando se agrega "combustible". Este combustible está en forma de moléculas de alta energía llamadas carbodiimidas. La reacción química mantiene estable el material mientras haya un suministro de energía. Cuando finalmente termina, el material simplemente se descompone en sus moléculas constituyentes, que pueden volver a ensamblarse simplemente agregando "combustible".

En pruebas de laboratorio, los científicos pudieron crear materiales con una vida útil prevista de unos pocos minutos a varias horas, y luego se descompusieron.

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Las células madre, como saben, pueden dividirse durante mucho tiempo, mientras que algunas de ellas siguen siendo, como antes, células madre, y algunas se convierten en células especializadas que realizan ciertas funciones. Son las células madre las que renuevan nuestros tejidos, reemplazando las células viejas y muertas por otras nuevas. Pero con el tiempo, las células madre pierden la capacidad de dividirse sin cesar; al igual que el resto del cuerpo, también envejecen y su suministro disminuye gradualmente, lo que no puede sino afectar el estado de los órganos que ya no pueden renovarse.

Las células madre se pueden rejuvenecer si se les permite morir de hambre. Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts experimentaron con células madre intestinales de ratón, cuyo trabajo es renovar el revestimiento epitelial de la pared intestinal. (Este epitelio se desgasta con bastante rapidez: en cinco días, las células madre lo cambian por completo).

Después de que los ratones viejos se mantuvieran hambrientos durante un día, se extrajeron células madre de sus intestinos y se forzaron a formar un "mini-intestino", un orgánulo diminuto que imita una parte de un intestino real. Varios tipos de células deberían haber aparecido en el "mini-intestino", formando Lieberkün, o criptas intestinales - cavidades tubulares del epitelio, asentadas con células capaces de secretar moco, hormonas, capaces de absorber nutrientes, etc.

Obviamente, para hacer un mini-órgano de este tipo, las células madre tuvieron que trabajar muy duro. Y con la ayuda del "mini-intestino" fue posible establecer que el hambre duplica las capacidades regenerativas de las células madre que, después de morir de hambre, se dividen más activamente y se convierten más activamente en otras células. Se puede decir que el hambre rejuveneció las células madre viejas; sin embargo, las células extraídas de animales jóvenes también comenzaron a funcionar mejor debido al hambre.

Los investigadores lograron descubrir cómo cambia el metabolismo en las células hambrientas: dejan de usar los carbohidratos como fuente de energía y comienzan a descomponer los ácidos grasos de forma intensiva (al mismo tiempo, se activan en ellos los genes responsables del metabolismo de las grasas). Es la descomposición activa de los ácidos grasos lo que ayuda a restaurar las capacidades de "tallo" de las células: si se les prohíbe artificialmente extraer energía de esta manera, entonces el hambre no las ayudará. Al mismo tiempo, si a las células se les da una sustancia que puede activar los genes para el metabolismo de las grasas, entonces las células se rejuvenecen sin pasar hambre. Es decir, el objetivo es activar las reacciones energéticas necesarias, y no importa cómo las activemos exactamente.

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