Imitar la natura per millorar la salut

Regenerar la pell o transportar medicaments a zones concretes del nostre organisme avui és possible gràcies a la inspiració que els científics troben en la natura. Tres projectes que tenen el suport de les convocatòries CaixaResearch d’Investigació i Innovació en Salut estudien si animals com els musclos, els peixos zebra o les abelles tenen algunes de les claus per tractar malalties que suposen un repte per a la comunitat mèdica internacional.

La natura, a través de milers de milions d’anys d’evolució, ha generat solucions que permeten als éssers vius adaptar-se al seu entorn i sobreviure. Els éssers humans podem aprendre dels que ja tenen una experiència demostrada en la creació de solucions innovadores i eficients? Això és precisament el que fa la biomimesi, una disciplina que se centra en la millora de la vida humana a través de l’estudi i la recreació d’estructures biològiques i les seves funcions.

I és que moltes de les respostes als problemes que tenim avui les podríem trobar si féssim un cop d’ull a la natura, com ja ho van fer Leonardo da Vinci, que es va inspirar en els ocells per dissenyar màquines voladores, o Alexander Fleming, que va descobrir la penicil·lina en veure com un fong inhibia el creixement de bacteris, cosa que va donar origen als antibiòtics i va revolucionar la medicina.

En l’àrea biomèdica, la biomimesi ha generat un gran impacte en els últims anys i s’ha traduït en importants assoliments per a la salut humana. Els científics han aconseguit desenvolupar materials biocompatibles, grans avenços en medicina regenerativa i fins i tot que certs medicaments arribin a zones concretes de l’organisme per aplicar-hi un tractament.

Un verí que travessa barreres

Fer que el tractament arribi al lloc exacte on hi ha la cèl·lula tumoral és el gran repte en moltes malalties oncològiques. En aquest sentit, investigadors de Gate2Brain, spin-off de l’Hospital Sant Joan de Déu, l’IRB Barcelona i la Universitat de Barcelona, han dissenyat un pèptid tractor que transporta fàrmacs al cervell i travessa la barrera hematoencefàlica (BHE). Aquesta tecnologia permetrà millorar el tractament de les malalties del cervell, entre les quals hi ha el càncer cerebral infantil, ja que optimitza l’arribada de fàrmacs a aquest òrgan.

Si bé fins ara diversos fàrmacs havien demostrat una activitat antitumoral potent, tots havien fracassat en assaigs clínics perquè no podien travessar la BHE per arribar al tumor. «És una barrera protectora cel·lular que només permet que determinades molècules de la sang circulant entrin al sistema nerviós central per evitar l’entrada de patògens i altres substàncies nocives», apunta la doctora Meritxell Teixidó, CEO i cofundadora de Gate2Brain, que col·labora amb la Unitat d’Investigació en Càncer Infantil - Fundació ”la Caixa” de l’Hospital Sant Joan de Déu.

L’equip de treball liderat per Teixidó —que va rebre l’ajut de RecerCaixa, CaixaImpulse Validate i CaixaImpulse Consolidate— va estudiar el potencial dels pèptids trobats als verins dels escorpins i les abelles per funcionar com a tractors moleculars. «Buscàvem pèptids, que són proteïnes molt petites, que actuessin com a tractors moleculars per transportar el fàrmac fins al cervell; i vam comprovar que l’abella, com molts altres animals, genera en el seu verí un pèptid tractor que porta la seva toxina fins al sistema nerviós central, però que també podria portar fàrmacs per curar», explica. «Aquests tractors no és que passin entre les cèl·lules de la BHE, que estan segellades, sinó que hi entren i surten a l’altra banda, al parènquima cerebral», puntualitza.

En general, millorar l’arribada del fàrmac al cervell comporta beneficis significatius per al pacient, ja que l’aplicació de la dosi exacta millora l’efectivitat del tractament i en redueix els efectes secundaris.

A més, els resultats obtinguts tenen el potencial d’aplicar-se a altres agents terapèutics i barreres biològiques, amb implicacions clíniques significatives. «Hi ha molts candidats a fàrmacs en malalties del cervell, però el 98 % necessitaran algun tipus de tractor. La nostra tecnologia es podria aplicar en el cas de moltes d’aquestes malalties», certifica la investigadora.

El novembre del 2024, Gate2Brain va assolir una fita decisiva en la lluita contra els tumors cerebrals pediàtrics, ja que va rebre la Designació de Medicament Orfe (Orphan Drug Designation, ODD) de l’Agència Europea de Medicaments (EMA) per al seu innovador producte, G2B-002. Actualment, el projecte es troba en fase preclínica reguladora en un punt de salt de proves entre els ratolins i els no ratolins (porcs, en concret). «Tot i que l’assaig clínic és previst per d’aquí a tres anys, estem en un moment molt rellevant per a aquesta tecnologia i primer producte», afegeix la doctora Teixidó.

El seu equip treballa sense descans per obrir una nova era d’opcions terapèutiques en una àrea d’alta necessitat no coberta. «Els últims anys s’ha avançat molt en el diagnòstic de tumors cerebrals, en teràpies més avançades, però sobretot en el coneixement d’aquests tumors per poder fer una medicina molt més personalitzada; i els tractors poden ser l’ingredient que ajudi que aquestes teràpies arribin millor», conclou.

Pell artificial bioinspirada en els musclos

La creació de pell artificial és una necessitat mèdica de primer ordre. El procés de cicatrització de ferides de la pell, com ara cremades o úlceres (molt freqüents en malalties com la diabetis) és lent i complex, i malauradament moltes vegades es veu dificultat i fins i tot bloquejat per la manca de tractaments efectius.

L’equip de Salvio Suárez, investigador de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia(ICN2), ha desenvolupat una família de membranes artificials, bioinspirades en la capacitat dels musclos d’adherir-se sota l’aigua, que ja s’ha validat en estudis preclínics previs per a la regeneració de cartílag i de pell. Els nous materials s’adhereixen al teixit biològic, són bioabsorbibles, tenen propietats antimicrobianes i són capaços de transferir cèl·lules al teixit danyat i promoure’n d’aquesta manera la regeneració.

Com explica Suárez, «primer ens vam centrar en el cartílag i vam comprovar que la regeneració era molt positiva, cosa que ens va portar a la regeneració de pell perquè ens permetia estudiar la membrana amb més amplitud». Després van fer un segon estudi preclínic per a la regeneració de ferides comunes i van veure que podien reduir fins a la meitat el temps necessari per restaurar-les. Actualment estan immersos en un segon assaig preclínic en porcs, «ja que les característiques de la pell d’aquests animals són més similars a les de la pell humana».

Aquest projecte, que té suport de la convocatòria CaixaImpulse d’Innovació en Salut, vol optimitzar i validar membranes artificials que tinguin a la vegada capacitats regeneratives i antibacterianes. «Les propietats antimicrobianes es deuen a les molècules dels musclos en les quals ens inspirem», argumenta l’expert en ciència de materials. L’avantatge és que tenen la capacitat d’oxidar-se amb el temps. «Les membranes que nosaltres produïm, com que es bioinspiren en aquestes molècules, també es van oxidant i generen espècies químiques, com el peròxid d’hidrogen [l’aigua oxigenada], amb propietats desinfectants». A més, aquest mecanisme antimicrobià encara no ha generat resistències per part dels bacteris. «Per tant», assegura Suárez, «tenim un ampli espectre d’actuació, fins i tot per a bacteris multiresistents».

Aquesta tècnica disruptiva pot disminuir el temps d’hospitalització, reduir les infeccions, molt freqüents en pacients cremats, i en darrer terme minimitzar també el rebuig de l’empelt. «El que busquem», apunta l’investigador, «és que aquesta pell nova s’assembli al màxim possible a l’original. Des d’un punt de vista funcional hem aconseguit que tingui propietats de flexibilitat, permeabilitat i sensibilitat similars».

Els investigadors, a més, es plantegen estendre’n el possible ús al tractament d’altres malalties. «N’estem validant les propietats per a la regeneració neuronal i també per al tractament d’un cert tipus de tumors», assegura.

L’objectiu final és portar a terme un primer assaig clínic en humans. «S’espera que puguem començar el reclutament de pacients a la segona meitat del 2026», conclou. A més, els investigadors acaben de constituir l’empresa Tirecat Health SL per seguir aquest desenvolupament i el d’altres aplicacions de la seva tecnologia.

Lliçons de mobilitat del peix zebra

D’acord amb l’Organització Mundial de la Salut (OMS), fins a mig milió de persones arreu del món pateixen cada any una lesió de la medul·la espinal. Els programes de rehabilitació poden ajudar a recuperar algunes funcions i reduir el risc de complicacions, però fins ara no hi ha tractaments capaços de revertir el dany permanent.

Recentment, un projecte que té el suport de la convocatòria CaixaResearch d’Investigació en Salut  en col·laboració amb la Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) ha identificat nous possibles tractaments. 

Leonor Saúde, investigadora del Gulbenkian Institute for Molecular Medicine de Lisboa, està especialitzada en biologia del desenvolupament i ha estudiat àmpliament els processos embrionaris del peix zebra. Ella i el seu equip es van adonar d’una capacitat sorprenent que té aquest peix diminut d’aigua dolça: al cap de dues o tres setmanes de tenir una lesió medul·lar espinal torna a nedar amb normalitat, ja que recupera la mobilitat i la sensibilitat a la zona. En canvi, mamífers com els ratolins solen assolir molt poca millora en aquest període de temps. «Vam veure una oportunitat d’obtenir nous coneixements que potser algun dia es podrien aplicar a pacients amb lesions a la medul·la espinal», explica. 

L’equip de Saúde va investigar minuciosament ambdós animals per determinar la causa d’aquests resultats tan desiguals. Van observar que els peixos zebra, com que no deixen mai de créixer, tampoc no deixen mai de crear neurones, de manera que, si pateixen una lesió a la medul·la espinal, poden substituir les neurones perdudes per unes altres de noves. «Tampoc no formen cicatriu al voltant de la lesió ni pateixen inflamació crònica», explica l’experta. 

Tanmateix, la gran sorpresa per a l’equip va ser «la quantitat desigual de cèl·lules senescents en cadascun dels models», revela Saúde. «Es tracta d’unes cèl·lules que es van acumulant amb l’edat en qualsevol teixit del cos. Així doncs, en certa manera, la senescència és un indicador de l’envelliment. En els peixos zebra, aquestes cèl·lules desapareixen del teixit 30 dies després de tenir la lesió. En els models amb ratolins, en canvi, es van acumulant a la zona lesionada». 

L’equip d’aquesta investigadora va decidir utilitzar un fàrmac senolític per reduir el nombre de cèl·lules envellides en ratolins amb lesions de medul·la espinal i va descobrir que la recuperació motora i sensitiva millorava. «Vam concloure que aquestes cèl·lules tenen un efecte negatiu en les lesions medul·lars: empitjoren ostensiblement la recuperació perquè secreten molècules inflamatòries i profibròtiques, que contribueixen a la inflamació i la formació de cicatrius», matisa. 

«Actualment, estem fent experiments de seqüenciació d’ARN de cèl·lules individuals per caracteritzar millor aquestes cèl·lules i el seu fenotip secretor [el conjunt de molècules que secreten] en moments específics després d’una lesió», afegeix l’experta. El seu objectiu és entendre quin tipus de cèl·lules eren abans de convertir-se en senescents, identificar les molècules que produeixen i dissenyar estratègies més precises per manipular aquests factors i reduir l’impacte negatiu que tenen en els teixits. 

En el futur, la investigadora augura que, com que és una condició mèdica molt complexa, el tractament d’aquest tipus de lesions combinarà teràpies com la neuroprotecció, la neuroestimulació, el trasplantament de cèl·lules mare i potser d’altres que encara no coneixem. 

La col·laboració ha demostrat des de sempre que és un motor clau en l’avenç científic, però no l’únic. Com evidencien aquestes tres investigacions, la natura també hi té un paper fonamental. I el continuarà tenint. De fet, «no fa ni tres anys es va descobrir que hi havia un mamífer —Acomys o ratolí espinós— que, a diferència d’altres, era capaç de regenerar la seva medul·la espinal», revela Saúde. «Encara s’està investigant el perquè, però és ben clar que els científics hem de continuar mirant la natura per aprendre’n», conclou.