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Un virus que reconstruye los nervios dañados
Los virus que imitan el tejido nervioso de apoyo pueden algún día ayudar a regenerar la médula espinal lesionada. Mientras que otros materiales de ingeniería de tejidos deben sintetizarse y moldearse en el laboratorio, los virus genéticamente modificados tienen la ventaja de ser autorreplicantes y autoensamblantes. Pueden diseñarse para expresar proteínas compatibles con las células en sus superficies y, con un poco de persuasión, convertirse en estructuras complejas parecidas a tejidos. Los estudios preliminares muestran que los andamios hechos con un tipo de virus llamado bacteriófago (o fago) que infecta a las bacterias pero no pueden invadir las células animales pueden apoyar el crecimiento y la organización de las células nerviosas.
Andamio viral: Esta fibra está hecha de miles de millones de virus y se está estudiando como un andamio de ingeniería de tejidos. La fibra ayuda a que las células progenitoras se conviertan en neuronas.
Los investigadores que trabajan en ingeniería de tejidos esperan poder usar las propias células del paciente para desarrollar tejido de reemplazo para corazones, hígados y nervios dañados. Pero imitar la estructura y función del tejido del cuerpo ha resultado difícil. Las matrices de proteínas fibrosas de apoyo sostienen las células del corazón, los pulmones y otros tejidos del cuerpo. Estos andamios proporcionan tanto soporte estructural como señales químicas que permiten que un órgano o tejido nervioso funcione correctamente.
Algunos ingenieros biológicos están utilizando andamios hechos de polímeros para intentar imitar la matriz de soporte del tejido real. Seung-Wuk Lee , un bioingeniero de la Universidad de California, Berkeley, ha recurrido a los virus. Los virus son materiales inteligentes, dice. Una vez que construye el genoma, puede producir miles de millones de fagos, y son materiales que se autorreplican. El fago con el que trabaja Lee, llamado M13, es largo y delgado como las fibras proteicas que forman las matrices celulares dentro del cuerpo.
Primero, Lee y su colega Anna Merzlyak diseñaron genéticamente M13 para mostrar proteínas amigables con los nervios en sus capas externas. Se sabe que estas proteínas ayudan a las células nerviosas a proliferar, adherirse y extenderse en formas largas parecidas a fibras. A continuación, los investigadores cultivaron un gran número de virus en huéspedes de células bacterianas y los introdujeron en una solución que contenía células progenitoras neurales. Estas células están más desarrolladas que las células madre, pero aún son jóvenes y necesitan ser persuadidas para formar nuevos tejidos. En la solución, los virus se alinean como un cristal líquido, dice Lee. Él y Merzlyak usaron pipetas para inyectar la solución en agar, un medio de cultivo celular similar a Jell-O, creando fibras largas, parecidas a nervios, del virus entremezcladas con células. Las células progenitoras luego se multiplicaron y desarrollaron las ramas largas características de las neuronas. Lee dice que los fagos son adecuados para hacer estructuras largas, similares a fibras, como el tejido nervioso, pero también pueden convertirse en estructuras más complejas variando su concentración o manipulando su posición con un campo magnético.
Lee no es el primero en utilizar un virus como material de ingeniería. Otros investigadores han utilizado el mismo virus para fabricar electrodos de batería. El uso del virus de esta manera fue iniciado por Angela Belcher , ahora profesora de ciencia e ingeniería de materiales y de ingeniería biológica en el MIT, y fue la base del trabajo de posgrado de Lee mientras estaba en su laboratorio. Los fagos modificados genéticamente ya han sido aprobados como conservantes antibacterianos de alimentos por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU., Para su uso en fiambres como la mortadela, por ejemplo. Los fagos también se están estudiando como un tratamiento potencial para las infecciones bacterianas crónicas.
Profesor del Instituto MIT Robert Langer dice que el trabajo de Lee es interesante desde la perspectiva de los materiales, pero advierte que su practicidad debe establecerse a través de estudios in vivo.
Lee dice que su grupo planea establecer la seguridad de los andamios de fagos en animales vivos a continuación. M13 tiene un buen historial de seguridad y no es capaz de infectar a las personas. Aún así, los investigadores de Berkeley necesitarán investigar cómo el sistema inmunológico de un animal responde a los andamios virales y demostrar que estimulan la regeneración nerviosa una vez dentro del cuerpo. Lee espera que el sistema viral eventualmente se use para regenerar neuronas en pacientes con lesiones de la médula espinal.