Investigadores de Columbia Engineering han establecido un marco para el diseño de hidrogeles inyectables bioactivos formulados con vesículas extracelulares (VE) para aplicaciones de ingeniería de tejidos y medicina regenerativa.
por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia
Publicado en Matter , Santiago Correa, profesor asistente de ingeniería biomédica en Columbia Engineering, y sus colaboradores describen una plataforma de hidrogel inyectable que utiliza EV de la leche para abordar barreras de larga data en el desarrollo de biomateriales para la medicina regenerativa.
Las EV son partículas secretadas naturalmente por las células y transportan cientos de señales biológicas, como proteínas y material genético, lo que permite una comunicación celular sofisticada que los materiales sintéticos no pueden replicar fácilmente.
En este estudio, Correa y sus colegas diseñaron un sistema de hidrogel donde las EV cumplen una doble función: actúan como carga bioactiva pero también sirven como bloques de construcción estructurales esenciales, al reticular polímeros biocompatibles para formar un material inyectable.
Mediante un enfoque poco convencional que aprovechó las EV de la leche de yogur, el equipo logró superar las limitaciones de rendimiento que dificultan el desarrollo de biomateriales basados en EV. Las EV del yogur permitieron que el hidrogel imitara la mecánica del tejido vivo y se conectara activamente con las células circundantes, promoviendo la cicatrización y la regeneración tisular sin necesidad de aditivos químicos adicionales.
«Este proyecto comenzó con una pregunta básica sobre cómo construir hidrogeles basados en VE. Los VE de yogur nos brindaron una herramienta práctica para ello, pero resultaron ser más que un simple modelo», afirmó Correa, quien dirigió el estudio junto con Artemis Margaronis, investigadora de posgrado de la NSF en el laboratorio de Correa. «Descubrimos que tienen un potencial regenerativo inherente, lo que abre la puerta a nuevos materiales terapéuticos accesibles».
Correa dirige el Laboratorio de Inmunoingeniería a Nanoescala de la Universidad de Columbia, donde su investigación se centra en la administración de fármacos y la inmunoingeniería. También es miembro del Centro Oncológico Integral Herbert Irving y colaboró en este proyecto con Kam Leong, profesor de Ingeniería de Columbia.
El estudio se fortaleció aún más gracias a la colaboración internacional con investigadores de la Universidad de Padua, entre ellos Elisa Cimetta (Departamento de Ingeniería Industrial) y la estudiante de posgrado Caterina Piunti.
Al combinar la experiencia del equipo de Padua en el abastecimiento de vehículos eléctricos agrícolas con la experiencia del laboratorio de Correa en nanomateriales e hidrogeles basados en polímeros, el equipo demostró el poder de las asociaciones globales interdisciplinarias para avanzar en la innovación en biomateriales.
Mediante el uso de VE derivadas de yogur, el equipo definió un espacio de diseño para la generación de hidrogeles que incorporan VE como elementos estructurales y biológicos. Además, validaron el enfoque utilizando VE derivadas de células de mamíferos y bacterias, demostrando que la plataforma es modular y compatible con diversas fuentes de vesículas.
Esto podría abrir la puerta a aplicaciones avanzadas en la cicatrización de heridas y la medicina regenerativa, donde los tratamientos actuales suelen ser insuficientes para promover la reparación tisular a largo plazo. Al integrar las EV directamente en la estructura del hidrogel, el material permite la administración sostenida de sus señales bioactivas. Dado que el hidrogel es inyectable, también puede administrarse localmente al tejido dañado.
Los primeros experimentos muestran que los hidrogeles de EV de yogur son biocompatibles e impulsan una potente actividad angiogénica en una semana en ratones inmunocompetentes, lo que demuestra que las EV agrícolas no solo permiten la investigación fundamental de biomateriales sino que también tienen potencial terapéutico como biotecnología de próxima generación.
En ratones, el material no mostró signos de reacción adversa y, en cambio, promovió la formación de nuevos vasos sanguíneos, un paso clave en la regeneración efectiva de los tejidos.
El equipo de Correa también observó que el hidrogel crea un entorno inmunitario único, enriquecido con tipos celulares antiinflamatorios, lo que podría contribuir a los procesos de reparación tisular observados. El equipo ahora está explorando cómo esta respuesta inmunitaria podría ayudar a guiar la regeneración tisular.
«Poder diseñar un material que imite de cerca el entorno natural del cuerpo y al mismo tiempo acelere el proceso de curación abre un nuevo mundo de posibilidades para la medicina regenerativa «, afirmó Margaronis.
«Momentos como estos me recuerdan por qué el campo de investigación en ingeniería biomédica está siempre a punto de algo apasionante».
Más información: Vesículas extracelulares como reticulantes dinámicos para hidrogeles inyectables bioactivos, Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102340 . www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(25)00383-2
