Samuel Stupp no es médico, ni farmacéutico, ni estudió alguna otra ciencia de la salud; su carrera base es Química. Sin embargo, uno de los propósitos con los que se levanta a diario para ir a su laboratorio en la Universidad de NorthWestern en Illinois, EE. UU., está directamente relacionado con la salud, específicamente con devolver la movilidad a pacientes con lesiones que les impiden caminar.
Para esa misión, se vale de “moléculas danzantes”. ¿Qué son? Más adelante lo veremos y entenderemos el rol que juegan no solo las moléculas, sino también la velocidad a la que “danzan”. Antes, hay que comprender ciertos aspectos del trabajo de Stupp.
Primero, les adelanto el resultado que más lo motiva: una inyección con estas “moléculas danzantes” permitió que ratones que no caminaban pudieran hacerlo. Este es un paso gigante, pero reconoce que todavía deben darse varios más antes de que llegue a los humanos.
“Saber que esto, en algún momento, podría tener posibilidades de ayudar a personas, como lo estamos viendo en ratones, es una gran esperanza”, dijo Stupp a La Nación en su más reciente visita al país.
Stupp es científico de materiales. La ciencia de los materiales estudia la relación entre las propiedades y estructuras de cualquier material. Hoy, los materiales que él y su equipo diseñan, en laboratorio, generan grandes expectativas.
Samuel Stupp, el científico tico que busca devolverle movilidad a personas con parálisis
Tico Samuel Stupp crea material que tiene capacidad de autorrepararse
Para entender cómo las moléculas danzan y cómo hicieron a un ratón caminar, también hay que saber la base de las investigaciones de este exalumno del Liceo de Costa Rica.
“Busco diseñar materiales a nivel atómico y molecular para funciones específicas”, resumió.
El camino lo llevó a buscar la creación de materiales para la regeneración de tejidos y órganos. En eso lleva ya más de dos décadas desde su puesto como director del Instituto para la Bionanotecnología Simpson Querrey, de la Universidad Northwestern.
“Me pregunté si era posible crear materiales a nivel molecular que pudieran comunicarse con las células del cuerpo humano y darles las instrucciones para regenerar tejidos que no se regeneran espontáneamente”, subrayó.
“Mi idea era desarrollar materiales en una forma especial. Diseñar moléculas y la forma en la que estas interactúan una con la otra y cómo pueden dar origen a estructuras funcionales”, recordó.
La inspiración fue el premio Nobel de Química en 1987, que habló de interacciones entre moléculas. Stupp se interesó en ver esas interacciones en los materiales. Este campo se conoce hoy como los materiales supramoleculares. El tico estudia unos llamados polímeros supramoleculares.
El concepto es complejo. Vamos palabra por palabra. Los polímeros son moléculas grandes que se forman de la unión de más pequeñas. “Supra” significa, “más allá”, es decir, más allá de la molécula. Los polímeros supramoleculares pueden estar formados por más de 100.000 moléculas que interactúan.
“En todos nosotros hay polímeros supramoleculares, dentro de las células y alrededor de estas. ¡Actúan en nosotros cada segundo de nuestra vida! Controlan las actividades de las células, como su habilidad para dividirse o de migrar de un lugar a otro”, expresó.
Stupp desarrolló un campo que emula las acciones de la Biología. Se crean estructuras funcionales que ayuden a la Biología a llenar vacíos cuando hay lesiones o enfermedades.
La actividad celular es imitada en tubos de ensayo. El avance de sus estudios ya permite poner una molécula en agua y ver un autoensamblaje que forma fibras que dan instrucciones a las células para que actúen.
Tico ingresa a la Academia de Ingeniería de EE. UU.
Químico Samuel Stupp recibió doctorado honoris causa de la UNA
Ahora sí. Ya entendemos qué es un polímero supramolecular. Podemos entrar al baile, ver la danza de las moléculas y saber por qué este hallazgo da esperanzas para el tratamiento futuro de la parálisis.
La primera pieza de este baile sonó hace casi 18 años, cuando se difundió uno de sus hallazgos en el campo de polímeros y células, en 2004. Fue publicado en la prestigiosa revista científica Science.
Aquel trabajo tenía que ver con un polímero supramolecular diseñado por su equipo. Este tenía unas señales muy específicas que naturalmente se encuentran en nuestros cuerpos, en una matriz alrededor de las neuronas, en el cerebro.
Cuando ese polímero entra en contacto con células madre neuronales, esas células van a dar origen únicamente a un tipo de célula específico del Sistema Nervioso Central: las neuronas.
“Naturalmente, una célula madre neuronal puede dar origen a cualquier tipo de célula del Sistema Nervioso Central. Las neuronas son solo un tipo, también dan origen a otras llamadas astrocitos u oligodendrocitos, pero con este polímero solo daban origen a neuronas”, recordó.
Ese fue la génesis de varios de cómo usar estos polímeros para hacer huesos, cartílagos, vasos sanguíneos.
La segunda pieza de este baile llegó hace cinco años, de la mano de sus alumnos. Su inquietud: los polímeros están formados de moléculas llamadas monómeros. Para que los monómeros se unan y se hagan polímeros se requieren enlaces. En otros polímeros, como los que forman plásticos (polímeros covalentes) ese enlace es sumamente rígido y fuerte, no se rompe fácilmente.
Pero eso no era así en los polímeros supramoleculares, cuyos enlaces eran más flexibles.
“Los monómeros tenían la libertad de moverse. A veces ‘se escapaban’ del polímero y luego podían volver, regresar al polímero otra vez. Fue el primer acercamiento a la ‘danza’”, enfatizó Stupp.
“Esto podría ser importante para señalizar a los receptores de las células en la regeneración”, destacó.
¿Por qué? Los receptores de nuestras células no son estáticos, se mueven todo el tiempo. El proceso natural biológico es que las proteínas toquen los receptores en un lugar específico. Eso activa una señal que expresa genes y esos genes forman proteínas que llevan diferentes funciones.
“Si los receptores se están moviendo, y nosotros ponemos las señales en los monómeros que se escapan, iba a haber más probabilidad que chocaran con los receptores más a menudo. Cuanto más contacto, más actividad biológica”, subrayó.
La pieza principal del baile llega para la “coreografía estrella” de las moléculas. Ya se tenía una idea, pero debía ponerse a prueba.
La diana eran lesiones severas en la médula espinal. Si hay una lesión grave allí, los axones (los “brazos” de las neuronas) se dañan y esto resulta en una pérdida de sensibilidad y la consecuente parálisis. Se forma una especie de cicatriz que impide a los axones regenerarse y esto evita sanar.
“El cerebro y la médula espinal son el santo grial de la regeneración. Cuando usted tiene un accidente serio en la médula espinal se queda paralizado. La lesión ‘traba’ la señal con el cerebro y la médula espinal y los vasos sanguíneos que alimentan a las neuronas se rompen, las neuronas comienzan a morir”, resumió Stupp.
El equipo le provocó parálisis a varios ratones. Luego se inyectó el polímero con moléculas danzantes justo en el sitio de la lesión.
Las moléculas danzantes tenían dos señales con instrucciones específicas. La primera estaba indicada para la regeneración de axones y la segunda ayudaba a los vasos sanguíneos a regenerarse y con esto alimentar a las neuronas para que no murieran.
El contenido de la inyección se gelifica, “como una gelatina suave”. Ese gel, con las moléculas danzantes, comienza a chocar con los receptores para “despertar” los tejidos inhabiltados que no tenían comunicación con el cerebro.
Se usaron dos geles, uno con moléculas que danzaban lento y otro con unas que danzaban mucho más rápido. “Como si fueran un bolero lento y un vals”.
Se dividió a los ratones en tres grupos: uno de control y otros dos con cada gel. Solo se inyectaron una vez.
Al cabo de 12 semanas, con el hidrogel “bolero”, el ratón se movió lentamente, con una sola pata. Con el hidrogel “vals”, el ratón logró mover ambas patas mucho más rápido y caminar.
Llegaron a cinco conclusiones:
Estos resultados llegaron de nuevo a la revista Science, a finales del año pasado.
Este descubrimiento abre las puertas de más trabajo. La primera sería el aplicar esto en animales más grandes. Posteriormente se debería llevar a la Agencia de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés) para estudios en humanos.
También se abre las puertas de ver si estas moléculas danzantes podrían ser útiles en otras lesiones, como las provocadas por la esclerosis o el alzhéimer.
Falta mucho trabajo, pero Stupp, de 71 años, asegura que morirá en el laboratorio, porque esta es su pasión, y desde hace años entrena a nuevas generaciones.
