El colágeno más allá de los cosméticos: la piel de los peces es una fuente eficiente, segura y sostenible

Tema: Los materiales bioactivos son sustancias que interactúan con el tejido vivo para generar respuestas biológicas específicas, lo que los hace cruciales en la ingeniería de tejidos para aplicaciones como la remineralización ósea y la regeneración tisular. Entre estos materiales, el colágeno es la proteína fibrosa más abundante en la matriz extracelular y desempeña un papel vital en la reparación y regeneración tisular. Se están explorando diversos tipos de colágeno provenientes de animales y, cada vez más, de fuentes marinas como los peces, y de tilapia que es un pez que puede crecer tanto en agua dulce como marina. Por su potencial en la medicina regenerativa, la piel de pez tiene un gran potencial debido a su biocompatibilidad y eficacia para la regeneración ósea y cartilaginosa, la reparación cutánea y aplicaciones cardiovasculares y oftálmicas, particularmente para el tratamiento de quemaduras y lesiones corneales.

1. Materiales bioactivos

A las sustancias que, al entrar en contacto con los tejidos vivos, provocan una respuesta biológica específica en la interfaz material-tejido, se les conoce como materiales bioactivos. Esta respuesta puede ser positiva, como la formación de un enlace entre el material y el tejido, o negativa, como la inflamación. Los materiales bioactivos se diseñan para inducir una actividad biológica específica, como la remineralización ósea o la regeneración de tejidos. Este tipo de materiales son esenciales en la ingeniería de tejidos, ya que proporcionan estructuras de soporte que guían y sustentan las células mediante ingredientes bioactivos y moléculas terapéuticas. Estos materiales deben poseer propiedades mecánicas, biocompatibilidad y una velocidad de degradación adecuadas que se ajusten al proceso de curación del organismo para restaurar eficazmente la función tisular. La matriz extracelular (MEC), como material bioactivo natural, desempeña un papel crucial en la remodelación tisular al ofrecer señales biológicas que estimulan las respuestas celulares, lo que convierte a los sustratos derivados de la MEC en candidatos prometedores para la regeneración tisular (Zain et al., 2022).

1.1 Colágeno

Dentro de estos materiales bioactivos destaca el colágeno, que es la proteína fibrosa bioactiva más abundante en la matriz extracelular (MEC), desempeñando un papel crucial en la modulación del comportamiento celular para promover la reparación de los tejidos. Mediante interacciones con múltiples receptores, su estructura de triple hélice (Fig. 1) facilita diversas actividades celulares, como la morfogénesis y la remodelación tisular.

El colágeno se ha convertido en un material crucial para la reparación de diversos defectos tisulares gracias a sus propiedades únicas. Se ha utilizado eficazmente en la regeneración ósea mediante andamiajes mineralizados, así como en la reparación de defectos de cartílago con andamiajes de esponja reticulados y liofilizados. Además, los materiales a base de colágeno, como las membranas cargadas con fármacos y los hidrogeles, muestran resultados prometedores en la regeneración de la piel y los folículos pilosos, la reparación cardiovascular y sus aplicaciones en ginecología, cirugía plástica y regeneración corneal, lo que destaca su potencial tanto en la investigación como en la práctica clínica.

2. Estructura básica y tipos de colágeno

2.1 Fuentes de colágeno

El colágeno es una proteína vital que puede obtenerse de diversos materiales, como la piel animal, los tendones y la piel de pescado; también puede obtenerse mediante la producción de proteínas recombinantes y péptidos sintéticos. Si bien el colágeno de cerdos, vacas y ovejas se utiliza comúnmente en investigación debido a su asequibilidad y alto rendimiento, presenta desafíos como su limitada solubilidad, inmunogenicidad y potencial de transmisión de patógenos. Estos problemas han impulsado la exploración de nuevas tecnologías para desarrollar fuentes alternativas de colágeno con propiedades mejoradas (Zhu et al., 2022).

La investigación sobre colágeno marino, colágenos recombinantes humanos y péptidos sintéticos similares al colágeno destaca el potencial de la piel de pescado como fuente rentable de colágeno, lo que puede mejorar el aprovechamiento de residuos y promover un entorno marino más limpio. A pesar del creciente interés en el colágeno marino para diversas aplicaciones, son escasos los estudios centrados en su uso en ingeniería de tejidos. Si bien el colágeno recombinante y los péptidos sintéticos ofrecen ventajas como menor variabilidad de lotes y menor inmunogenicidad (en comparación con el colágeno de origen animal), aún existen desafíos para la aplicación clínica de las proteínas recombinantes, particularmente, debido a sus altos costos de producción, bajo rendimiento y su alta susceptibilidad a la degradación enzimática. Las diferentes fuentes de colágeno y sus características se resumen en la Tabla 1.

Tabla 1. Diferentes fuentes y propiedades del colágeno (modificado de Zhu et al., 2022).

2.2 Tipos de colágeno

Los diferentes tipos de colágeno se nombran según su fecha de descubrimiento. Se clasifican principalmente en diferentes subfamilias según su estructura y función (Tabla 2). Las subfamilias incluyen colágenos fibrilares, colágenos asociados a fibrillas con triples hélices interrumpidas, colágeno formador de filamentos en forma de perla, colágenos de la membrana basal, colágenos transmembrana y otros colágenos con funciones únicas (Antunez-Medina et al., 2024; Zhu et al., 2022). Los colágenos fibrilares constituyen el 90% del colágeno total y representan la familia de colágenos más extendida y abundante, e incluye los colágenos tipo I, tipo II, tipo III, tipo V y tipo XI. Estos colágenos se caracterizan por su capacidad de ensamblarse en agregados supramoleculares altamente orientados con superestructuras características. Las fibras de colágeno tipo I y tipo V contribuyen al esqueleto estructural del hueso, mientras que el colágeno tipo II y tipo XI participa principalmente en la matriz fibrosa del cartílago articular. El colágeno tipo III se distribuye ampliamente en los tejidos que contienen colágeno I, con la excepción del hueso. El colágeno humano recombinante tipo III también se utiliza como tinta de impresión tridimensional (3D) para producir capas delgadas reticuladas para la ingeniería de tejidos corneales. Diferentes tipos de colágeno también afectan o causan enfermedades genéticas en humanos. Por ejemplo, una mutación en el exón del gen COL2A1 del colágeno tipo II resulta en necrosis avascular de la cabeza femoral. Las distrofias musculares congénitas relacionadas con el colágeno VI son causadas por mutaciones en cualquiera de los tres genes que codifican el colágeno tipo VI (COL6A1, COL6A2, COL6A3).

Tabla 2. Diferentes tipos de colágeno organizados en diversas supraestructuras (modificado de Antunez-Medina et al., 2024; Zhu et al., 2022).

3. Desarrollo de biomateriales a base de colágeno

El colágeno natural es muy adecuado para la integración tisular gracias a sus características únicas. Sin embargo, los procesos de extracción, purificación y síntesis suelen comprometer su integridad estructural y sus propiedades mecánicas, lo que reduce su durabilidad y limita sus aplicaciones en biotecnología (Zain y Hamdan, 2021). Para abordar estos desafíos, se han desarrollado diversas estrategias para reconstruir y mejorar la estructura y las propiedades de los biomateriales a base de colágeno (Fig. 2).

3.1 Colágeno reticulado

Considerando que la vía natural de reticulación del colágeno no se produce in vitro, se introduce la reticulación exógena para optimizar los materiales a base de colágeno (Delgado et al., 2015). Esta reticulación adicional evita que las moléculas de colágeno se deslicen entre sí bajo tensión, aumentando así la resistencia mecánica de las fibras de colágeno. Los métodos comunes de reticulación se describen brevemente a continuación, sin embargo, actualmente aún no hay métodos de reticulación estandarizados para preparar una matriz de colágeno fuerte y biocompatible (Fig. 2-1). Se han descrito varios métodos de reticulación, entre las que se pueden mencionar: 1) El método físico, en el que se usa radiación ionizante, luz ultravioleta (UV), tratamiento térmico de deshidrogenación (DHT) o fotooxidación; se considera un método simple y seguro para preparar una matriz de colágeno reticulado. 2) El método químico, los agentes más utilizados son los aldehídos, ya que se ha demostrado que el glutaraldehído estabiliza ampliamente los materiales de colágeno debido a su gran capacidad de autopolimerización, pero su uso aún es controvertido debido a su toxicidad. Por ello, las investigaciones se han enfocado en estrategias alternativas como el uso de dialdehído con nanopartículas a base de almidón. 3) Los métodos enzimáticos; en los últimos años este tipo de reticulación se ha usado ampliamente debido a su excelente especificidad y cinética de reacción precisa. Recientemente, se creó un andamio híbrido compuesto por dos biopolímeros (colágeno y quitosano) y se comparó su reticulación con glutaraldehído y tres métodos de reticulación diferentes (genipina -químico-; temperatura -físico-; y transglutaminasa -enzimático-), encontrándose que la reticulación enzimática evita las desventajas de la reticulación física y química, pero aun es muy costosa (Perez-Puyana et al., 2019).

3.2 Colágeno mineralizado

El colágeno mineralizado es un material compuesto orgánico-inorgánico formado por moléculas de colágeno y nanominerales de fosfato de calcio. Los compuestos de colágeno biomineralizado tienen el potencial de utilizarse como sustitutos de los implantes óseos sintéticos actuales, ya que proporcionan componentes biomiméticos muy similares al hueso natural (Fig. 2-2). Actualmente, se están investigando métodos de mineralización más eficaces y mecanismos de mineralización más detallados. Song et al. (2019) encontraron que el ácido poliacrílico (PAA) es capaz intrafibrilar más eficazmente al almacenar complejos de iones de calcio y fosfato de hidrógeno en agregados en forma de cadena a lo largo de la superficie de la macromolécula de colágeno cuando se introduce en un medio de mineralización de fosfato de calcio sobresaturado (CaP) en presencia de una alta concentración de los precursores (Oosterlaken et al., 2021).

3.3 Mezclas a base de colágeno

Se pueden preparar mezclas a partir de polímeros sintéticos y naturales, así como de dos (o más) biopolímeros. Lo que se busca es desarrollar una nueva clase de materiales con propiedades mecánicas y biocompatibilidad mejoradas, en comparación con un material de un solo componente, esperando que las mezclas a base de colágeno permitan preparar hidrogeles complejos con un rendimiento práctico mejorado (Fig. 2-3). Chen et al. (2020) diseñaron un hidrogel bioortogonal de ácido hialurónico-colágeno para la reparación de defectos corneales sin sutura. Sus resultados mostraron propiedades mecánicas mejoradas, una excelente citocompatibilidad y apoyo en la formación del epitelio in vitro e in vivo. Rafat et al. (2019) desarrollaron hidrogeles compuestos a base de colágeno como implantes para restaurar la transparencia corneal, que a la vez sirven como posible reservorio de células y fármacos.

3.4 Colágeno estructurado

En las últimas dos décadas, los problemas asociados con la regeneración de las fibras de colágeno natural incluyen la incapacidad de alcanzar suficiente resistencia a la tracción y replicar o reproducir la estructura fibrilar interna debido a la pérdida de las propiedades de las jerarquías propias del colágeno natural. La tecnología moderna permite fabricar andamios de colágeno altamente ordenados o una matriz con una estructura similar a la presente en los organismos vivos (Fig. 2-4). La impresión 3D es una de las tecnologías de fabricación aditiva más conocidas en el campo de la biofabricación de tejidos y órganos. En comparación con las técnicas tradicionales, la impresión 3D ofrece la posibilidad de crear estructuras replicables, personalizables y funcionales con una composición y microestructura controladas con precisión, que pueden promover eficazmente la regeneración de diferentes tejidos (Lee et al., 2019).

3.5 Vehículos de administración basados en colágeno

Las suspensiones de colágeno se pueden preparar y utilizar fácilmente como vectores de administración de macro- y micromoléculas de fármacos (Fig. 2-5). Métodos como la extracción con fluidos supercríticos, la electropulverización, el secado por pulverización, el autoensamblaje capa por capa, la liofilización y la microemulsificación permiten introducir fármacos en los sistemas de administración (Jacob et al., 2018).

4. Aplicaciones de los biomateriales basados en colágeno

En la Tabla 3 se resumen las diferentes formas adaptativas de colágeno aplicadas en diferentes campos de reparación tisular. Los materiales bioactivos a base de colágeno también tienen buenas perspectivas de aplicación en los campos de la ginecología, la medicina reproductiva, la reparación plástica y la regeneración corneal (Fig. 2A-E).

4.1 La biotecnología del colágeno

La biotecnología juega un papel fundamental en la producción y mejora del colágeno, ofreciendo soluciones sostenibles y eficaces para diversas aplicaciones, desde la medicina regenerativa hasta la industria cosmética. Entre las aplicaciones mas relevantes de la biotecnología en el colágeno podemos mencionar:

1. Producción Sostenible. La biotecnología permite obtener colágeno de fuentes alternativas a las tradicionales, como la fermentación microbiana o el cultivo celular, lo que reduce la dependencia de animales y mejora la sostenibilidad de la producción.

2. Colágeno Recombinante. La biotecnología permite producir colágeno recombinante, que imita las propiedades del colágeno humano y es altamente puro, lo que lo hace ideal para aplicaciones médicas y farmacéuticas. 

3. Ingeniería Tisular. El colágeno, producido por biotecnología, se utiliza en la ingeniería de tejidos para crear andamios biológicos que promueven la regeneración de tejidos dañados, como huesos, cartílagos o piel. 

4. Industria Cosmética. La biotecnología ofrece colágeno vegano y de alta calidad para la industria cosmética, que se utiliza en productos para el cuidado de la piel, cabello y uñas, mejorando su hidratación, elasticidad y firmeza. 

5. Medicina Regenerativa. El colágeno biotecnológico se utiliza en la medicina regenerativa para promover la curación de heridas, la reparación de tejidos y la regeneración de órganos. 

6. Producción de Péptidos. La biotecnología se utiliza para obtener péptidos de colágeno, que pueden ser utilizados como suplementos alimenticios con beneficios para la salud.

4.2 La medicina regenerativa basada en colágeno.

4.2.1 El uso de piel de peces como fuente de colágeno, caso estudio: la tilapia

Las pieles de los peces, que generalmente son un desecho de la pesquería o su cultivo, se pueden utilizar para extraer colágeno y maximizar la rentabilidad de su procesamiento. La tilapia (Oreochromis niloticus) es un pez originario de África que puede reproducirse tanto en agua dulce como en agua salada (CMUC, 2019). Por las bondades de su crecimiento, su cultivo en agua dulce se ha extendido ampliamente, como una estrategia para abatir el hambre en países o localidades poco desarrolladas, sin embargo, en algunos sitios ha llegado a ser una plaga ya que arrasa con las poblaciones nativas de peces. Sin embargo, la piel de la tilapia se ha estudiado ampliamente debido a su potencial para sustituir el colágeno de mamíferos con fines biomédicos, gracias a su mayor estabilidad térmica en comparación con otras fuentes marinas. La piel de O. niloticus, por su alto contenido en ácidos grasos, colágenos tipo I y III y su capacidad para retener la humedad, se ha convertido en el blanco perfecto para su uso en quemados (BBC Mundo, 2017; CMUC, 2019). 

Además, debido a sus grandes propiedades de biocompatibilidad y biodegradabilidad, la piel de tilapia se usa frecuentemente como materia prima para la obtención de colágeno como biomaterial para su aplicación en ingeniería de tejidos, principalmente para producir piel, hueso/dentina, y tejidos neural y corneal (Zain y Hamdan, 2021; Zahin, 2022). 

4.2.1.1 El uso de piel de tilapia para el tratamiento de quemaduras

En el 2014, en Brasil se realizaron los primeros estudios del uso de piel de tilapia para el tratamiento de quemaduras de 2do y 3er grado. El Dr. Edmar Maciel, cirujano plástico, director del Instituto de Apoyo al Quemado y coordinador del equipo interdisciplinario que desarrolló el método (BBC Mundo, 2017). Expertos como el veterinario Flavio Vieira Meirelles destacan el valor del colágeno en la estimulación de la regeneración celular, un factor clave en la recuperación de tejidos. Aunque ya existen técnicas similares con tejidos derivados de placenta o válvulas cardíacas animales, la piel de tilapia destaca por su disponibilidad, bajo costo y efectividad comprobada. La piel de la tilapia, una vez limpia y esterilizada, se coloca en las zonas afectadas por quemaduras de forma estéril, pudiendo permanecer sin ser retirada hasta 10 días (Fig. 3).

Los estudios realizados en Brasil demostraron que los pacientes (humanos) afectados que reciben la piel de tilapia consumen menos analgésicos que los que siguen el tratamiento convencional, además, la cicatrización de las heridas se consigue de manera más rápida y natural. Hay que comentar que el proceso de cicatrización de las quemaduras puede dividirse en 4 fases: coagulación o hemostasia, inflamación, proliferación y maduración.

Los estudios realizados in vitro e in vivo demuestran que en las heridas tratadas con piel de tilapia favorecen la fase proliferativa, aumentando la migración y regeneración celular. De esta manera, el depósito de colágeno se observa al 7mo día, y el epitelio se regenera completamente después de 14 días, y las heridas tratadas se curan completamente para el día 21.

Debido al éxito de este procedimiento, en el año en que se quemó el Pantanal (el humedal más grande del mundo que se extiende principalmente por el estado brasileño de Mato Grosso del Sur y partes aledañas de Bolivia y Paraguay) y muchos de sus animales se quemaron y otros quedaron heridos, investigadores y veterinarios se unieron para ayudar a la fauna silvestre lesionada usando la piel de tilapia. El tratamiento experimental se aplicó a una corzuela parda (un tipo de ciervo) (Fig. 3-6), dos tapires adultos y un bebé, un oso hormiguero gigante adulto, una serpiente anaconda y un tuiuiu, el pájaro símbolo del Pantanal con éxito (BBC Mundo, 2020). Debido a esto, este tratamiento se ha aplicado también a otros animales (Fig. 3-7) (Yo veterinario, 2025).

4.2.1.2 Piel de tilapia para el tratamiento de lesiones corneales en perros

La piel de tilapia también ha demostrado ser un poderoso recurso en la medicina veterinaria. Investigadores brasileños de la Universidad Federal de Ceará desarrollaron una técnica innovadora en la que se utiliza esta piel como “parche” biológico para tratar lesiones graves en la córnea de perros, con sorprendentes resultados en la regeneración ocular (Fig. 4). Para que el injerto sea seguro, los investigadores desarrollaron un riguroso proceso de descontaminación y descelularización (de Souza Melo et al., 2022). Mediante pruebas químicas, enzimáticas e histológicas, lograron eliminar más del 90 % del ADN celular sin dañar la estructura del colágeno, garantizando así la biocompatibilidad del material. Además, se realizaron estudios de citotoxicidad para asegurar que no quedan residuos tóxicos tras el proceso de limpieza (Cebero Digital, 2025).

Actualmente, el equipo está adaptando esta matriz dérmica para su uso en humanos. Los ensayos clínicos están en preparación, y la técnica ya ha sido presentada en congresos médicos y veterinarios con gran aceptación. Además de la oftalmología, otras especialidades como urología, neurología y cirugía general están evaluando el potencial del injerto.

5. Conclusiones

Los colágenos de tilapia y otras fuentes marinas poseen propiedades químicas y biológicas idóneas para su uso como biomateriales en aplicaciones ingeniería de tejidos. Su mayor estabilidad térmica y su composición de aminoácidos, prolina e hidroxiprolina, los convierten en un candidato ideal para reemplazar el colágeno de mamíferos. Además, se ha demostrado que sus propiedades de biocompatibilidad, biodegradabilidad, inmunogenicidad y hemostasia son comparables a las del colágeno de mamíferos. Por lo tanto, se necesitan más experimentos para explorar su potencial como sustituto del colágeno de mamíferos en aplicaciones ingeniería de tejidos.

6. Referencias

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