Hasta el 80 % del peso de una tilapia termina como residuo después del fileteo. De esa montaña de sobras —escamas incluidas—, una doctora en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) extrajo la receta secreta para diseñar en laboratorio un “hueso” que ayudaría en implantes de fracturas o casos severos de osteoporosis.
La investigadora Kelly Marcela Triana Jiménez, doctora en Ingeniería Química de la UNAL, usó residuos de tilapia plateada (Oreochromis niloticus) para extraer dos componentes que, juntos, semejan la fórmula química del esqueleto humano: gelatina (es decir colágeno parcialmente hidrolizado), la parte que brinda flexibilidad, e hidroxiapatita, el mineral duro que también forma los huesos y dientes. Con ellos armó una estructura pensada como un posible material para tejido óseo.
La tilapia es una de las especies de pescado más cultivadas en el planeta, presente en más de 120 países. En Colombia, sus mayores productores y exportadores son Huila y Meta, pero gran parte del peso del pescado se bota o se usa como alimento para cerdos o aves. Incluso en algunas zonas del país las escamas se desechan en los ríos o en la tierra, convirtiéndose en foco de contaminación, cuenta la investigadora Triana.
A eso se suma una necesidad médica creciente, pues con una población que envejece, la prevalencia de enfermedades como la osteoporosis y las lesiones óseas aumenta la demanda de tratamientos para reparar hueso dañado. Hoy este campo está dominado por soluciones de alto costo y las nuevas propuestas se enfrentan a problemas de resistencia mecánica y biocompatibilidad con el organismo humano.
Cocinando la receta
El primer paso fue conseguir los residuos. La doctora Triana y el Grupo de Investigación en Procesos Químicos y Bioquímicos de la UNAL se aliaron con una empresa del sector acuícola de Villavicencio, que les suministró esqueletos y escamas de tilapia sobrantes del proceso de fileteo.
En este punto la obtención de la gelatina no era territorio nuevo para el grupo de investigación de la doctora Triana, pues llevaba varios años estudiando cómo extraerla de residuos de pescado.
El método que usaron se llama hidroextracción térmica, y consiste en cocinar los residuos en agua caliente bajo condiciones controladas para obtener la proteína que corresponde a un tipo de colágeno; enseguida se hacen algunos procesos de purificación para retirar impurezas (como la melanina) y un secado por congelación que deja la gelatina lista para usar.
Para obtener la hidroxiapatita probaron el método con los huesos y las escamas por separado y compararon los resultados. Encontraron que la hidroxiapatita de los esqueletos y el la de las escamas resultaron casi idénticas. Eso simplificó todo, pues si las escamas ya daban la gelatina, y también podían dar la hidroxiapatita, no hacía falta usar dos residuos distintos, bastaba con uno solo, por lo que se enfocaron en las escamas.
Como el agua y el aceite
Con la gelatina y la hidroxiapatita en la mano, faltaba el paso más delicado: unirlas en un solo material. Y ahí apareció el primer tropiezo serio, porque estos dos ingredientes se llevan tan mal como el aceite y el agua. “La hidroxiapatita es una cerámica muy pesada, muy densa, pesa 3 veces más que el agua”, explica la doctora Triana.
En los primeros ensayos la mezcla se veía perfecta al salir del molde. Pero bastaban unas horas en el congelador para que la hidroxiapatita se hundiera por completo dejando la gelatina flotando sola arriba, como un cóctel mal agitado cuyos ingredientes insisten en separarse.
La solución al problema fue hacer el proceso por etapas de enfriamiento controladas. A eso le sumaron alginato de sodio, que favorece la retención de hidroxiapatita y glutaraldehído, como un sastre invisible que cose las cadenas de gelatina entre sí dándole firmeza a toda la estructura.
La fórmula lograda se congeló en un molde y se deshidrató a -105 °C. Así se obtuvo el scaffold, o andamio, una especie de esponja porosa pensada para funcionar exactamente como eso: como una estructura temporal. La idea es que los poros del scaffold, una vez implantado en un hueso, les den a las células del paciente un lugar de donde agarrarse y empezar a construir hueso nuevo mientras el material se va consumiendo poco a poco y le cede el espacio al tejido que crece.
“El objetivo es que el material sea capaz de alimentar el hueso en su proceso de regeneración, mientras va desapareciendo. Sin embargo, antes de pensar en cualquier aplicación médica real, el material tenía que pasar algunas pruebas para comprobar si es tóxico o no para las células, por ejemplo”, resume la doctora Triana.
En el laboratorio, el equipo puso la gelatina y la hidroxiapatita por separado, como scaffold final, en contacto con células vivas para evaluar la viabilidad celular con base en la norma ISO 10993-5, en la cual se considera que un material es seguro si al menos el 70 % de las células puestas en contacto con él siguen vivas. Varias de las muestras de la experimentación de la experta Triana superaron el 90 % de viabilidad, demostrando que los andamios son seguros en condiciones biológicas.
Aunque los resultados son alentadores, el material sigue en fase de laboratorio, por lo que antes de convertirse en un implante real todavía debe superar pruebas en animales, y mucho después en personas, así que su llegada a un quirófano está lejos de ser inmediata, pero es un primer paso para un problema que necesita soluciones cada vez más urgentes.