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Los micro hilos ayudan a desarrollar nuevos músculos
Los investigadores han reparado grandes heridas musculares en ratones cultivando e implantando microhilos recubiertos con células musculares humanas. Los microhilos, hechos del mismo material que desencadena la formación de coágulos de sangre, parecen ayudar a que las células crezcan en la orientación adecuada, lo cual es vital para reconstruir el tejido muscular en funcionamiento.
Reparando músculo: Se sembraron hilos delgados como los que se muestran aquí con células musculares y se implantaron en las heridas para ayudar a curar el músculo en ratones.
Suponemos que las células migran a lo largo de estos andamios, que actúan como un conducto, dice George Pins , profesor asociado de bioingeniería en Worcester Polytechnic Institute. Los pasadores desarrollaron la tecnología de microhilos. Las células implantadas se integran rápidamente en el músculo existente y reducen la formación de tejido cicatricial. Las células crecen en el espacio donde solía estar el músculo, pero crecen de forma guiada.
Actualmente, no hay mucho que los médicos puedan hacer cuando alguien sufre una lesión masiva en un músculo, como en un accidente automovilístico o una explosión. Se pueden formar bandas gruesas de tejido cicatricial en la herida, dejando el músculo grave y permanentemente dañado.
Los científicos están desarrollando numerosos enfoques para crear músculo de reemplazo, incluido el crecimiento de parches de células en un plato, la inyección de células madre en el músculo dañado y la implantación de andamios con semillas de células diseñados para imitar el tejido nativo. Si bien todos estos esfuerzos son prometedores para ciertas aplicaciones, uno de los principales desafíos ha sido el crecimiento de suficientes células en la estructura correcta para curar grandes heridas musculares.
La alineación muscular es muy importante, dice Kevin Kit Parker , bioingeniero de la Universidad de Harvard que no participó en la investigación. Quieres que los sarcómeros [la unidad funcional básica del músculo] estén alineados, así es como se consiguen las contracciones musculares.
Pins y sus colaboradores, incluidos Ray Page , profesor asistente del Instituto de Bioingeniería de WPI, tiene como objetivo resolver este problema mediante el crecimiento de células a lo largo de microhilos. Estas hebras delgadas como un cabello están hechas de fibrina, un polímero de proteína que el cuerpo usa para iniciar la cicatrización de heridas y un ingrediente común en la ingeniería de tejidos. Para hacer los microhilos, los investigadores extruyen simultáneamente fibrinógeno, el componente básico de la fibrina, y trombina, una enzima que cataliza las proteínas de fibrinógeno solubles en un polímero, a partir de dos pequeños tubos. (Los microthreads también se están estudiando para otras aplicaciones, como el crecimiento de parches de músculo cardíaco para reparar el daño después de un ataque cardíaco).
Los hilos se sembraron con células musculares humanas derivadas de tejido desechado durante la cirugía. Antes de la siembra, el equipo de Page cultivó las células en condiciones que las empujaron a desdiferenciarse, o convertirse en células más juveniles y menos especializadas, lo que a su vez las hizo más capaces de regenerarse.
Para probar la tecnología en ratones, los investigadores cortaron alrededor del 30 por ciento del músculo tibial anterior de los animales, que se encuentra en la parte delantera de la parte inferior de la pierna. Luego implantaron microhilos con semillas de células en la herida. (El diámetro del hilo, alrededor de 50 a 100 micrones, es de cinco a 10 veces el tamaño de las células).
Los investigadores creen que el andamio de fibrina envía señales de señalización que imitan la curación de heridas nativa, uniéndose a factores de crecimiento y otras moléculas que se encuentran en los coágulos de sangre. También atrae una enzima que descompone la fibrina, liberando proteínas de fibrinógeno que envían señales a las células circundantes para que migren y desarrollen tejido nuevo, dice Pins.
Las células parecieron integrarse en el tejido del huésped en solo un par de días. Después de una semana, los microhilos comenzaron a degradarse y los investigadores vieron que las fibras musculares habían crecido en el área que quedaba. A las 10 semanas, el lecho de la herida estaba lleno de células humanas, que parecían fibras musculares maduras. Page presentó la investigación en una bioingeniería simposio en WPI a principios de este mes.
Los investigadores ahora están tratando de determinar si el nuevo tejido se comporta como un músculo normal. La evidencia preliminar sugiere que los implantes también estimularon el crecimiento de células musculares nativas, aunque Page dice que aún deben confirmarlo.
Además, los ratones a los que se les implantaron microhilos tenían mucho menos tejido cicatricial que los animales que se dejaron curar solos. Los microhilos redujeron drásticamente la cantidad de colágeno [el componente principal del tejido cicatricial] depositado en el área de la herida, dice Page. En lugar de colágeno, vemos una gran cantidad de tejido muscular [bien organizado].
Page dice que mientras que otros científicos han podido reparar el músculo hasta cierto punto, la tecnología WPI curó un área de lesión mucho más grande que la investigación anterior. Esto puede deberse a que los microhilos ayudan a resolver uno de los principales desafíos en el crecimiento de franjas más grandes de tejido nuevo: extraer un suministro adecuado de sangre, vital para la supervivencia de las células. Una de las razones por las que queríamos investigar los microhilos era que creíamos que tener espacio entre los hilos daría espacio para que se formara la vasculatura y para que crecieran las células musculares, dice Page.
Parker, de Harvard, que está haciendo crecer el músculo cardíaco utilizando fibras aún más pequeñas, está de acuerdo y agrega que pocas personas en ingeniería de tejidos están adoptando este enfoque. Si pongo un trozo sólido de carne allí, el centro se volverá hipóxico [o faltará oxígeno], dice Parker. Si dejo espacio entre las células, es más fácil reclutar vasos sanguíneos locales.