EDUARDO CESARUna piel artificial idéntica a la humana, que reproduce los mismos tejidos biológicos y puede utilizarse para evaluar la toxicidad y la eficacia de nuevos compuestos para fármacos y productos cosméticos, fue desarrollada por investigadores de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de São Paulo. Células extraídas de pieles de donadores sometidos a cirugías plásticas reparadoras constituyen la materia prima utilizada para la construcción de la piel artificial en laboratorio. “Desarrollamos un modelo que mimetiza la piel humana con toda su estructura de la epidermis y de la dermis”, dice la profesora Silvya Stuchi Maria-Engler, coordinadora de la investigación.
La epidermis, la capa más externa de la piel, se obtiene mediante el cultivo de queratinocitos, las células que realizan la síntesis de la queratina y se encargan de la protección, y de melanocitos, las células responsables de la producción de melanina y la pigmentación de la piel. La dermis, la capa ubicada debajo de la epidermis, es reconstituida a partir del cultivo de fibroblastos humanos — responsables de la producción de fibras y capaces de sintetizar el colágeno y la elastina — cultivados en gel de colágeno. Estas estructuras celulares poseen características de crecimiento y morfología muy similares a la piel humana, lo que aumenta la uniformidad y la reproductibilidad de los ensayos de medicamentos y de cosméticos.
“Nuestro modelo puede satisfacer una necesidad del mercado”, dice Silvya. En el caso de los cosméticos, por ejemplo, las empresas fabricantes envían los principios activos de nuevos productos para ser probados en el exterior. Sucede que desde comienzos de 2009, una directriz de la Unión Europea indica que ningún producto cosmético podrá ser evaluado en lo que hace a la seguridad y la eficacia en animales de laboratorio. Para la sustitución de los animales, los ensayos que garantizan la seguridad y la eficacia de nuevos principios activos y formulaciones deben realizarse en modelos in vitro, con células aisladas, preferentemente en modelos biomiméticos, como el que simula la piel humana.
Nuevas moléculas
Sumada a la industria cosmética, la industria farmacéutica también podrá dejar de lado algunos ensayos en animales con el uso de sistemas biomiméticos de piel. Potenciales fármacos para tratamiento de enfermedades como el melanoma, un tipo agresivo de cáncer de piel, podrán probarse con el modelo desarrollado en la USP. Aunque tiene baja incidencia en Brasil, esta enfermedad exhibe un elevado índice de letalidad. En los estadios iniciales, las posibilidades de cura son altas, pero cuando se lo descubre tardíamente, por ser un tipo de tumor bastante resistente a los quimioterapéuticos usados en el tratamiento, la sobrevida de los pacientes es baja. “Nuestros estudios se abocan a la búsqueda de nuevas moléculas que ataquen a esa célula tumoral, en un intento por subvertir los efectos de resistencia al medicamento”, dice Silvya.
CARLA ABDO BROHEM/USPEn Europa y Estados Unidos existen algunos modelos de piel artificial en venta, elaborados por las empresas Episkin y SkinEthic, subsidiarias de la francesa L’Oréal, y por MatTek, del estado de Massachusetts. Pero existen dificultades de transporte e importación, porque es un material vivo y por ende perecedero. “La piel que desarrollamos es idéntica a la que se fabrica en el exterior”, dice Silvya. El modelo desarrollado en la USP emplea células humanas provenientes de cultivos primarios, cuyo poder de proliferación contribuye a la diferenciación de las capas de la epidermis in vitro. Eso permitirá la producción de kits a pedido, de acuerdo con la necesidad del cliente, ya que es posible reproducir la piel íntegramente, o solamente la dermis o la epidermis. Los productos encontrados en el mercado internacional emplean linajes celulares establecidos. Aunque son de manipulación más fácil y no dependen de donadores, como pasaron por algunos procesos de transformación, no se diferencian en múltiples capas, como las células primarias. “En nuestro producto, las transformaciones son minimizadas debido al corto tiempo de cultivo en laboratorio”, dice Silvya. En los kits a pedido pueden incluirse, por ejemplo, melanocitos, células que en general se encuentran ausentes de los productos que están en el mercado. Si el objetivo es evaluar los efectos de nuevas moléculas destinadas a la pigmentación de la piel, los melanocitos que reflejan las diferentes etnias podrán incorporarse al cultivo celular para producir la piel artificial pigmentada. En la evaluación de quimioterapéuticos antimelanoma, la piel podrá producirse con el melanoma, simulando in vitro el proceso de invasión tumoral.
Una de las posibilidades futuras para la piel artificial desarrollada en la USP consiste en utilizarla en cirugías reparadoras de pacientes quemados o con lesiones crónicas, una tendencia que ha crecido en otros países. En Estados Unidos, un grupo de investigadores encabezados por el profesor James McGuire, de la Universidad Temple, de la ciudad de Filadelfia, ha utilizado con éxito la piel artificial para el tratamiento de heridas crónicas en pacientes diabéticos. En Nueva Zelanda, la tendencia apunta a incorporar sustancias tales como la miel y partículas de plata, que confieren respectivamente propiedades antisépticas y antibacterianas a los injertos hechos a partir del colágeno.
La investigación que resultó en la piel artificial se inició en 2005, cuando a profesora Sílvia Berlanga de Moraes Barros, de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas (FCF) de la USP, probaba compuestos con actividad protectora contra los rayos ultravioleta del tipo UVB, los más agresivos contra la piel. Silvya Stuchi, en la época recién contratada como profesora asociada de la FCF, ya se había encaminado desde su maestría por una senda que le suministró el conocimiento y los instrumentos necesarios como para desarrollar un modelo de piel artificial. “El resultado de mi tesis fue una estructura muy similar a la dermis, que tenía como base el colágeno de tendón de ratones domésticos”, dice la investigadora.
NÍVEA OLIVEIRA/USPLuego de concluir la maestría y el doctorado en la Unicamp, Silvya fue a Estados Unidos a hacer su posdoctorado con una beca de la FAPESP. Estuvo allá poco tiempo, pero lo suficiente como para aprender a hacer vasos sanguíneos artificiales. Al regresar, participó del grupo de la investigadora Mari Cleide Sogayar, del Instituto de Química de la USP, que trabaja en un proyecto de trasplante de células a pacientes diabéticos. Dos años después fue aprobada en el concurso de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas. Como ya sabía hacer la dermis, le propuso a la profesora Sílvia Berlanga probar los compuestos para la protección solar inicialmente en ese modelo. “Después intentaría reorganizar el epitelio, un tejido dotado de cohesión, estratificado, formado por varias capas de queratinocitos, y a continuación se agregarían los melanocitos, reproduciendo así la unidad dermoepidérmica para obtener piel”, comenta. La gran dificultad por sortear en esta etapa consistía en conseguir dos tipos de células humanas específicas: los melanocitos y los queratinocitos. “Solamente teníamos los fibroblastos, que pueden comprarse en los bancos de células”, dice.
La oportunidad surgió a partir de una invitación para pasar un año en el Departamento de Dermatología de la Universidad de Michigan, Estados Unidos, para trabajar con medicamentos antitumorales para la piel, una línea de investigación que ya venía desarrollando. “Fui a trabajar con la profesora española María Soengas, quien actualmente es una de las líderes académicas en dicha área”, dice Silvya. En la época, María Soengas, quien actualmente es jefa del grupo de melanoma del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) de España, selló un convenio con la universidad estadounidense para desarrollar investigaciones con ese tipo de tumores. Recientemente, el grupo de la investigadora española identificó un compuesto sintético capaz de desencadenar la autodestrucción masiva de células de melanoma, lo que abre las puertas para la fabricación de nuevos medicamentos.
El modelo brasileño
Durante el período que pasó en Michigan, Silvya aprendió a aislar y a producir un cultivo de queratinocitos y melacinocitos de pacientes humanos a partir de la piel de prepucio de recién nacidos. “Es un material con una capacidad proliferativa muy grande”, informa. Y fue más allá en su objetivo. Ella le propuso a la investigadora María Soengas reproducir la piel artificial siguiendo el modelo brasileño, desarrollado con base en un proyecto elaborado en asociación con los investigadores Luisa Lina Villa y Enrique Boccardo, del Instituto Ludwig de Investigaciones sobre el Cáncer, en São Paulo. “Nuestro objetivo inicial era estudiar nuevos fármacos en melanomas, pero percibimos que la industria cosmética brasileña necesitaba la piel que desarrollamos para probar nuevos principios activos”, dice Silvya.
En la línea de investigación de nuevos fármacos, el grupo de la profesora Sílvia Berlanga ha probado en la piel artificial una nueva molécula aislada de una planta de la flora brasileña con potencial quimioterapéutico. “En el lugar del melanocito se pone el melanoma”, explica Silvya. “Con la aplicación de la nueva molécula se observó una regresión del melanoma in vitro“. Los datos, que están siendo preparados para su publicación, constan en la tesis de la doctoranda Carla Brohem.
Algunas empresas han consultado al grupo de investigación de la USP para establecer asociaciones, pero hasta el momento no se ha formalizado ningún acuerdo. “Estamos preparados para hacer ensayos con la piel artificial, pero no de manera sistemática ni en escala industrial”. Para ello, el modelo debe ser convalidado siguiendo estándares internacionales. Hasta ahora, el grupo de investigación de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas recreó la piel artificial con células provenientes del banco de la Universidad de Michigan. Para contemplar la demanda futura, se estableció una asociación con el Hospital Universitario de la USP. “Cuando sea aprobada por el comité de ética, ya que se trata de patrimonio genético humano, recibiremos la piel descartada en cirugías plásticas reparadoras”, dice la investigadora.
El proyecto
Generación de pieles artificiales humanas y melanomas invasivos como plataforma para ensayos farmacológicos (nº 08/58817-4); Modalidad
Ayuda Regular a Proyecto de Investigación; Coordinadora Silvya Stuchi Maria-Engler — USP; Inversión R$ 145.597,39 (FAPESP)
