New Discovery in Regulating Autoimmune Diseases

27 10 2014

A natural molecule delays disease onset and reverses disease progression


Photomicrograph of a demyelinating MS-Lesion. Image from Creative Commons

The main function of the immune system is to protect against diseases and infections. For unknown reasons our immune system attacks healthy cells, tissues and organs in a process called autoimmunity, which can result in diseases such as multiple sclerosis, Type 1 diabetes, lupus or rheumatoid arthritis. There are currently no existing cures for these diseases.

Now, in a new study by researchers at Brigham and Women’s Hospital, a potential treatment may be on the horizon. Researchers found that NAD+, a natural molecule found in living cells, plants and food, protects against autoimmune diseases by altering the immune response and turning “destructive” cells into “protective” cells. The molecule is also able to reverse disease progression by restoring damaged tissue caused by the autoimmunity process.

“Our study is the first to show that NAD+ can tune the immune response and restore tissue integrity by activating stem cells,” said Abdallah ElKhal, HMS instructor in surgery at Brigham and Women’s Division of Transplant Surgery and Transplantation Surgery Research Laboratory and senior study author. “These findings are very novel and may serve for the development of novel therapeutics.”

The study is published online October 7, 2014, in Nature Communications.

The scientists performed preclinical trials using experimental autoimmune encephalomyelitis, a preclinical model for human multiple sclerosis. They showed that NAD+ can block acute or chronic inflammation by regulating how immune cells, called CD4+ T cells, differentiate. Mice receiving CD4+ T cells along with NAD+ present had a significant delayed onset of disease, as well as a less severe form, therefore demonstrating the molecule’s protective properties.

“This is a universal molecule that can potentially treat not only autoimmune diseases but other acute or chronic conditions such as allergy, chronic obstructive pulmonary disease, sepsis and immunodeficiency,” said Stefan G. Tullius, HMS professor of surgery, Brigham and Women’s Hospital’s chief of Transplant Surgery, director of Transplantation Surgery Research and lead study author.

Moreover, the researchers demonstrated that NAD+ can restore tissue integrity which may benefit patients that have advanced tissue damage caused by autoimmune diseases. In terms of next steps, ElKhal notes that the lab is currently testing additional pathways and the clinical potential of NAD+.

“Since this is a natural molecule found in all living cells, including our body, we hope that it will be well-tolerated by patients,” said ElKhal. “Thus, we hope that its potential as a powerful therapeutic agent for the treatment of autoimmune diseases will facilitate its use in future clinical trials.”

The Transplant Surgery Research Laboratory and Dr. ElKhal’s work is supported by the National Institutes of Health and the Carlos Slim Foundation.



By MARJORIE MONTEMAYOR-QUELLENBERG [en línea] Cambridge, MA (USA):, 27 de octubre de 2014 [ref. 14 de octubre de 2014] Disponible en Internet:

Artificial Organs May Finally Get a Blood Supply

10 04 2014

Artificial tissue has always lacked a key ingredient: blood vessels. A new 3-D printing technique seems poised to change that.


Living layers: Harvard researchers demonstrate their method for creating vascularized tissue constructs by printing cell-laden inks in a layered zig-zag pattern.

Living layers: Harvard researchers demonstrate their method for creating vascularized tissue constructs by printing cell-laden inks in a layered zig-zag pattern.

In what may be a critical breakthrough for creating artificial organs, Harvard researchers say they have created tissue interlaced with blood vessels.

Using a custom-built four-head 3-D printer and a “disappearing” ink, materials scientist Jennifer Lewis and her team created a patch of tissue containing skin cells and biological structural material interwoven with blood-vessel-like structures. Reported by the team in Advanced Materials, the tissue is the first made through 3-D printing to include potentially functional blood vessels embedded among multiple, patterned cell types.

In recent years, researchers have made impressive progress in building tissues and organ-like structures in the lab. Thin artificial tissues, such as a trachea grown from a patient’s own cells, are already being used to treat patients (see “Manufacturing Organs”). In other more preliminary examples, scientists have shown that specific culture conditions can push stem cells to grow into self-organized structures resembling a developing brain, a bit of a liver, or part of an eye (see “Researchers Grow 3-D Human Brain Tissues,” “A Rudimentary Liver Is Grown from Stem Cells,” and “Growing Eyeballs”). But no matter the method of construction, all regenerative projects have run up against the same wall when trying to build thicker and more complex tissues: a lack of blood vessels.

Lewis’s group solved the problem by creating hollow, tube-like structures within a mesh of printed cells using an “ink” that liquefies as it cools. The tissue is built by the 3-D printer in layers. A gelatin-based ink acts as extracellular matrix—the structural mix of proteins and other biological molecules that surrounds cells in the body. Two other inks contained the gelatin material and either mouse or human skin cells. All these inks are viscous enough to maintain their structure after being laid down by the printer.

A third ink with counterintuitive behavior helped the team create the hollow tubes. This ink has a Jell-O-like consistency at room temperature, but when cooled it liquefies. The team printed tracks of this ink amongst the others. After chilling the patch of printed tissue, the researchers applied a light vacuum to remove the special ink, leaving behind empty channels within the structure. Then cells that normally line blood vessels in the body can be infused into the channels.


Building actual replacement tissues or organs for patients is a distant goal, but one the team is already weighing. “We think it’s a very foundational step, and we think it’s going to be essential toward organ printing or regeneration,” says Lewis, who is member of the Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University.

The smallest channels printed were about 75 micrometers in diameter, which is much larger than the tiny capillaries that exchange nutrients and waste throughout the body. The hope is that the 3-D printing method will set the overall architecture of blood vessels within artificial tissue and then smaller blood vessels will develop along with the rest of the tissue. “We view this as a method to print the larger vessels; then we want to harness biology to do the rest of the work,” says Lewis.



By Susan Young Rojahn [en línea] Cambridge, MA (USA):, 10 de abril de 2014 [ref. 06 de marzo de 2014] Disponible en Internet:

Diagnóstico mediante Bacterias probióticas magnéticas

13 03 2014

Científicos de la Universidad de Granada desarrollan por primera vez en el mundo unas bacterias magnéticas que, al ser incluidas en la comida e ingeridas, ayudan a diagnosticar enfermedades digestivas, como el cáncer de estómago.

Los investigadores han incorporado partículas magnéticas a unas bacterias (probióticos) que se encuentran en muchos alimentos. El comportamiento de estos “probióticos magnéticos” se asemeja al de unas bacterias magnéticas que existen en la naturaleza pero que resultan muy difíciles de obtener en gran cantidad y no han sido empleadas nunca en humanos.


Las bacterias magnéticas artificiales son bacterias probióticas rodeadas de miles de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro. Estas bacterias son imanes vivos que se alinean siguiendo un campo magnético externo. Esto hace que tengan muchas aplicaciones como fármacos magnéticos en Medicina.

Las bacterias magnéticas artificiales son bacterias probióticas rodeadas de miles de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro. Estas bacterias son imanes vivos que se alinean siguiendo un campo magnético externo. Esto hace que tengan muchas aplicaciones como fármacos magnéticos en Medicina.


Científicos de la Universidad de Granada han logrado crear bacterias magnéticas artificiales, que podrían incluirse en alimentos y ayudar, al ser ingeridas, a diagnosticar enfermedades del sistema digestivo, como el cáncer de estómago. Este importante hallazgo científico supone la primera vez a nivel mundial que un alimento es empleado como fármaco natural y ayuda a diagnosticar una enfermedad.

Los investigadores, pertenecientes al grupo de Bionanopartículas Metálicas (Bionanomet) del departamento de Química Inorgánica y al Instituto de Biotecnología de la UGR, han desarrollado este trabajo en colaboración con la empresa BIOSEARCH SA. Los resultados de esta investigación han sido publicados en el último número de la revista Advanced Functional Materials.

Para diseñar estas bacterias magnéticas artificiales, los científicos se inspiraron en unas bacterias que existen en la naturaleza (magnetobacterias), que producen en su interior, de manera natural, unos pequeños imanes que les sirven fundamentalmente como sistema de orientación, esto es, a modo de brújula interna.


Aplicaciones biomédicas


Estas bacterias magnéticas artificiales podrían emplearse en aplicaciones biomédicas, ya sea para obtener imágenes de resonancia magnética y poder diagnosticar o para calentar células malignas mediante hipertermia magnética y así curar enfermedades como el cáncer.

Esta nueva tecnología, que ha sido patentada por la empresa BIOSEARCH SA, se encuentra en fase experimental y permitiría el uso de estas bacterias probióticas, de uso habitual en alimentación, para el diagnóstico y tratamiento de tumores así como suplemento alimenticio de hierro.

Este proyecto se ha desarrollado en el marco de un proyecto subvencionado por la Agencia de Innovación y Desarrollo de Andalucía (IDEA) de la Junta de Andalucía, y ha culminado en el registro de una patente sobre esta novedosa tecnología y sus aplicaciones y en una primera publicación en una de las revistas de mayor impacto en el área de materiales aplicados.


Referencia bibliográfica:

Artificial Magnetic Bacteria: Living Magnets at Room Temperature
Miguel Martín, Fernando Carmona, Rafael Cuesta, Deyanira Rondón, Natividad Gálvezand José M. Domínguez-Vera. 
Advanced Functional Materials. 2014
 DOI: 10.1002/adfm.201303754



José Manuel Domínguez Vera

Departamento de Química Inorgánica de la UGR

Teléfono: 958 248 097

Correo electrónico: [en línea] Granada (ESP):, 13 de marzo de 2014 [ref. 07 de marzo de 2014] Disponible en Internet:éticas-que-a��conviertena��-los-alimentos-en-fármacos-naturales

La UPC desarrolla tejidos sanitarios antibacterianos

7 03 2013

Investigadores de la UPC han desarrollado, a partir de un tratamiento que combina ultrasonidos, biopolímeros y enzimas, tejidos sanitarios textiles completamente asépticos a la presencia de microorganismos. Esta nueva tecnología permitirá disminuir la incidencia de las infecciones contraídas por los pacientes durante las estancias en los hospitales, un problema de gran relevancia sanitaria y económica.


El Grupo de Biología Molecular e Industrial (GBMI) de la Universidad Politécnica de Cataluña · BarcelonaTech (UPC) ha conseguido mejorar el efecto antimicrobiano de los tejidos sanitarios con un pre-tratamiento enzimático y la deposición simultánea de nanopartículas y biopolímeros con ultrasonidos.

Esta técnica sirve para crear un material textil completamente aséptico a la presencia de microorganismos y evita la aparición de infecciones nosocomiales. La investigación se ha realizado en el marco del proyecto europeo SONO, financiado por la Unión Europea con 12 millones de euros y en el que participan 17 socios.


Textiles antibacterianos 100% efectivos


Tejido sanitario con presencia de bacterias Imagen: UPC

Tejido sanitario con presencia de bacterias Imagen: UPC

El equipo de investigadores del Campus de la UPC en Terrassa dirigido por Tzanko Tzanov ha utilizado unas enzimas determinadas que mejoran la adhesión de las nanopartículas antimicrobianas al tejido bajo los efectos de los ultrasonidos.

Con la aplicación de estas enzimas, los investigadores han logrado una mayor durabilidad de las nanopartículas en el tejido, incluso después de realizar 70 ciclos de lavado.

El efecto antimicrobiano conseguido es total, y está potenciado por la incorporación en el tejido de materiales híbridos, formados por una mezcla de materiales inorgánicos y orgánicos, tales como nanopartículas de zinc y quitosano. Con la utilización de estos productos, no sólo se eliminan las bacterias sino que se impide el crecimiento de nuevas.

Actualmente ya funcionan dos prototipos de máquinas que fabrican tejido para batas y sábanas hospitalarios según los resultados obtenidos del proyecto SONO. Una de estas máquinas está instalada en la empresa italiana KLOPMAN International y otra en la empresa rumana DAVO Clothing. Los tejidos que se fabrican en estas dos máquinas ya se están probando en el hospital de Sofía (Bulgaria) con excelentes resultados.


Técnica profiláctica frente a las infecciones nosocomiales


Tejido sanitario con efecto antimicrobiano Imagen: UPC

Tejido sanitario con efecto antimicrobiano Imagen: UPC

El índice de infecciones hospitalarias o nosocomiales está en aumento, debido a factores como la mayor frecuencia de pacientes con compromiso inmunitario, la aparición de microorganismos resistentes, el aumento en la complejidad de las intervenciones realizadas y la realización de procedimientos invasivos.

Estas infecciones, que están entre las principales causas de mortalidad y de aumento de morbilidad en pacientes hospitalizados y suponen una pesada carga para el sistema de salud, se producen principalmente por el contacto con las batas y las sábanas. De hecho, cualquier otra ropa utilizada específicamente en un entorno hospitalario es susceptible de ser infectada por bacterias y de propagar esta infección a los pacientes y al personal sanitario.

En el conjunto de Europa se calcula que cada año se registran más de 4 millones de infecciones nosocomiales. Por ello, últimamente se han desarrollado técnicas profilácticas que inciden directamente en los tejidos, como es el caso del proyecto SONO.


Fuente: UPC [en línea] Barcelona (ESP):, 07 de marzo de 2013 [ref. 19 de octubre de 2012] Disponible en Internet:

Aplicaciones médicas de las proteínas adhesivas del mejillón.

25 02 2013

Cuando se trata de energía para adherirse en condiciones de humedad, los mejillones marinos son difíciles de superar, ya que pueden pegarse a prácticamente todas las superficies inorgánicas y orgánicas y mantenerse en agua salada, incluyendo entornos turbulentos de marea. Esa proteína adhesiva del mejillón ha servido de fuente de inspiración a los científicos para aplicaciones biomédicas, como la entrega de medicamentos de reparación quirúrgica y fármacos contra el cáncer.



En concreto, se han creado nuevos materiales que imitan las proteínas adhesivas del mejillón para tres aplicaciones médicas: selladores para la reparación de la membrana fetal, la autoconfiguración de hidrogeles antibacterianos y polímeros para la entrega de fármacos contra el cáncer y la destrucción térmica de las células cancerosas.

Phillip B. Messersmith, profesor de Ingeniería Biomédica en la Escuela McCormick de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, hablará de su investigación en este sentido en el simposio ‘La traducción de Adhesión Mejillón beneficiosos a nuevos conceptos y materiales’ que se celebrará en la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS) que tiene lugar estos días en Boston.

“La adhesión del mejillón es un proceso notable que implica la secreción de una proteína de pegamento líquido que se endurece rápidamente en un sólido, adhesivo resistente al agua– explica Messersmith–. Varios aspectos de este proceso inspiran nuestro desarrollo de materiales sintéticos para aplicaciones prácticas. Una oportunidad inusualmente convincente para la traducción de los conceptos de adhesión de mejillón es en la reparación o reconstrucción de tejidos en el cuerpo humano, donde el agua es ubicua y su presencia representa un desafío para alcanzar los resultados deseados”.

El pie del mejillón común (Mytilus edulis) produce un pegamento pegajoso para adherirse a las rocas y otros objetos y su clave es una familia de proteínas especiales, denominadas proteínas adhesivas del mejillón, que contienen una alta concentración de DOPA catecólico ácido amino (dihidroxifenilalanina). Todos los materiales biomédicos creados por Messersmith contienen una forma sintética de DOPA, un polímero sintético con una DOPA sencilla que desarrolló por primera vez en 2002.

Para la reparación de la membrana fetal, que puede romperse prematuramente de forma espontánea o por un procedimiento quirúrgico, que a menudo conduce a un parto prematuro, nacimiento prematuro y otras complicaciones graves, el polímero sintético de Messersmith se formula como un pegamento líquido que se solidifica rápidamente al adherirse al tejido húmedo y sella los defectos fetales membrana. Su grupo está colaborando con investigadores en Europa para llevar a cabo pruebas in vivo de sus sellantes médicos inspirados en el mejillón para la reparación de la membrana fetal.

En el caso de los hidrogeles antibacterianos de autoajuste, Messersmith emplea plata tanto para inducir hidrogel de reticulación por vía de oxidación de catecol y como un precursor para la formación de nanopartículas de plata, que se incrustan dentro de la estructura del hidrogel y libera iones de plata para producir un efecto antibacteriano. Los iones de plata poseen actividad antibacteriana en concentraciones bajas, y esto ha conducido a un interés en la incorporación de plata en los dispositivos médicos.

El adhesivo sintético para la administración de fármacos contra el cáncer y la eliminación destrucción de las células cancerosas consiste en que el polímero forma vehículos sensibles al pH para suministro de fármacos que son estables e inactivos en el torrente sanguíneo, pero se activan en el ambiente del tumor ácido, liberando el fármaco.

Un segundo diseño consiste en modificar la superficie de nanorods de oro con un recubrimiento del polímero que ayuda a las células diana y que, una vez en el destino, los nanorods se irradian con luz de infrarrojo cercano para producir un calentamiento muy localizado que destruye térmicamente las células cancerosas. [en línea] Madrid (ESP):, 25 de febrero de 2013 [ref. 16 de febrero de 2013] Disponible en Internet:

Nueva aleación de magnesio para aplicaciones biomédicas

7 02 2013

Científicos de los Departamentos de Física y Biología Celular de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) así como de la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA) han desarrollado una nueva aleación de magnesio no citotóxica con mejores propiedades mecánicas y mejor comportamiento frente a la corrosión por medio de la adición de una pequeña cantidad de paladio. Esta nueva aleación tiene una aplicación potencial como implantes biodegradables.

Microestructura de la aleación de Magnesio y Paladio

Microestructura de la aleación de Magnesio y Paladio


S. González, E. Pellicer, J. Fornell, A. Blanquer, L. Barrios, E. Ibañez, P. Solsona, S. Suriñach, M. D. Baró, C. Nogués, J. Sort. “Improved mechanical perfomance and delayed corrosion phenomena in biodegradable Mg-Zn-Ca alloys through Pd-alloying”. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 6 (2012) 53-62.

En la actualidad existen diferentes materiales metálicos para aplicaciones biomédicas tales como aceros, aleaciones de titanio, etc. Estas aleaciones se pueden utilizar, por ejemplo, como implantes pues permiten soportar altas cargas y no presentan una deformación excesiva ni tampoco cambios dimensionales permanentes. A pesar de su frecuente utilización, estas aleaciones presentan una rigidez superior a la del hueso humano por lo que el hueso puede sufrir reabsorción, muerte celular así como que el implante se pueda aflojar. El problema de absorción del hueso (pérdida de masa) es similar al que sufren los astronautas en el espacio. Esta pérdida sucede debido a que la falta de gravedad impide que el hueso cumpla su función de soportar el peso del cuerpo.

Esta limitación se puede superar utilizando aleaciones de magnesio ya que presentan poca rigidez. Es más, las aleaciones de magnesio presentan buena biocompatibilidad y son biodegradables (materiales no tóxicos que son reabsorvidos por el cuerpo humano después de un cierto tiempo), lo cuál es una gran ventaja pues evita la necesidad de sacar el implante del cuerpo una vez que paciente se ha recuperado. Sin embargo, el problema de algunas aleaciones de magnesio es la alta velocidad de corrosión que presentan en condiciones fisiológicas, lo cuál hace que estas aleaciones se degraden antes de que el hueso se pueda reparar. Por esta misma razón es importante disminuir la velocidad de degradación de las aleaciones de magnesio.

En nuestro trabajo se muestra cómo una manera adecuada y efectiva de retrasar el comienzo de la corrosión es aleando el magnesio con paladio tal y como evidencia el desplazamiento de los potenciales de corrosión a valores más positivos. La superficie corroida de esta muestra es también más lisa y presenta menor cantidad de oquedades. El paladio se ha utilizado durante muchos años como un elemento principal en aleaciones dentales debido a su alta resistencia a la corrosión y baja actividad tóxica. Así, controlando la concentración de paladio en la aleación, podemos controlar la velocidad de degradación de los implantes, haciendo que estos se degraden cuando el hueso esté recuperado.

La microestructura de la aleación de magnesio inicial, la cuál consiste en pequeños cristales dispersos en una matriz amorfa, cambia drásticamente cuando se añade una pequeña cantidad de paladio pues esta es suficiente para formar una microestructura totalmente cristalina (Figura). A partir de los estudios de nanoindentación hemos observado cómo la adición de este elemento aumenta la dureza de la aleación así como la resistencia al desgaste. La resistencia al desgaste es interesante ya que evita que se formen restos procedentes del desgaste que puedan ocasionar reacciones inflamatorias.

Los ensayos de citotoxicidad no muestran un aumento significativo en el número de células muertas tras ser cultivadas durante 27 horas, lo que confirma que esta aleación no es citotóxica y que por tanto se puede utilizar potencialmente como implantes biodegradables

Sergio González, Eva Pellicer

Departamento de Física; [en línea] Bellaterra (ESP):, 07 de febrero de 2013 [ref. mayo de 2012] Disponible en Internet:

Nuevos retos tecnológicos en biorobótica e ingeniería de rehabilitación

11 10 2010

Josep M. Font Llagunes

CREB – Centre de Recerca en Enginyeria Biomèdica

Universitat Politècnica de Catalunya

La investigación en productos tecnológicos que tengan por finalidad la mejora de la calidad de vida de la población es actualmente estratégica en los planes de investigación y desarrollo (I+D) de muchos países desarrollados. Es por este motivo que cada vez hay más grupos, tanto de universidades como de empresas privadas, que se dedican a proyectos relacionados con el desarrollo de robots humanoides que imitan el movimiento humano (biorobots), o de dispositivos para rehabilitar el movimiento de personas con alguna patología del aparato locomotor. A pesar de la gran cantidad de tiempo y capital humano invertido en estas áreas, aún quedan muchos retos tecnológicos para alcanzar.

En el ámbito de la robótica humanoide, hay dos enfoques claramente diferenciados. El más clásico tiene por finalidad la construcción de robots muy versátiles, que pueden llevar a cabo muchas tareas, pero que por otra parte les falta autonomía debido al elevado coste energético necesario para garantizar la estabilidad de los diferentes movimientos. El enfoque más actual se basa en la construcción de robots que tienen un coste energético muy similar al de la marcha de las personas (limit cycle walkers), lo que favorece su autonomía, pero que por el contrario ofrecen muy poca versatilidad; de hecho, sólo están preparados para caminar. En la actualidad, un reto muy importante es el diseño y desarrollo de “robots híbridos” que combinen los dos enfoques anteriores. Es decir, se debe alcanzar un compromiso entre autonomía energética y versatilidad. Desarrollar robots con mucha autonomía de baterías y, a la vez, suficientemente estables es el objetivo final que deben tener en mente los diseñadores de robots.

En el terreno de la ingeniería de rehabilitación, cada vez hay más investigación en “neurorobótica”, la ciencia que estudia la interacción entre el sistema nervioso central y los sistemas robóticos de asistencia. Sin embargo, el diseño de la mayoría de dispositivos ortésicos todavía se realiza a partir de unas especificaciones dadas, y su control se ajusta por prueba y error haciendo tests sobre el propio paciente. El gran reto es desarrollar herramientas informáticas que permitan simular de forma virtual la dinámica de interacción entre la ortesis diseñada y la persona. De esta manera mejoraría la calidad de vida del paciente, ya que no se le debería molestar tantas veces, y se ahorraría tiempo tanto de médicos e ingenieros, como del mismo paciente. Estas herramientas permitirían, además, ensayar diferentes estrategias de control de los dispositivos y sus efectos sobre el movimiento del paciente. Otro reto muy importante es desarrollar dispositivos de asistencia que sean cómodos y ergonómicos, y que garanticen un coste metabólico bajo del paciente.

Dada la complejidad del estudio de la interacción entre el cuerpo humano y los dispositivos artificiales de asistencia, la consecución de los retos anteriores requiere de equipos muy multidisciplinares en los cuales convivan profesionales del ámbito de la salud (médicos, ortopedas, etc.) con profesionales del sector tecnológico (ingenieros mecánicos, robóticos, de control, electrónicos, biomédicos, informáticos, etc.). La buena coordinación y comunicación entre dichos profesionales son aspectos fundamentales a tener en cuenta para asegurar el éxito de los proyectos.