Ciencia polimérica: medicina regenerativa. Un parche flexible para reparar un corazón “roto”

El parche de matriz extracelular estirable mejora el suministro de células madre para la reparación posterior al infarto de miocardio.

Los investigadores actualmente están buscando formas de curar un corazón “roto”.

Las enfermedades cardiovasculares, como los infartos de miocardio (o ataques cardíacos), son la principal causa de muerte en todo el mundo. Si bien los avances médicos han reducido el riesgo de morir durante un ataque cardíaco, los cambios estructurales y el daño al corazón causados ​​por la muerte de cardiomiocitos durante un ataque pueden conducir a una eventual insuficiencia cardíaca. Por lo tanto, el objetivo de la reparación posterior al infarto de miocardio no es solo minimizar este daño a largo plazo, sino regenerar nuevas células miocárdicas funcionales.

La mayoría de las terapias posteriores al infarto de miocardio utilizan la trombolisis inducida por fármacos (eliminación de coágulos de sangre) y las intervenciones asistidas con stent, que no son curativas. En realidad, la regeneración del miocardio dañado sigue siendo un desafío.

Las terapias basadas en células, que se basan en células madre trasplantadas para estimular la formación natural de nuevas células sanguíneas y la reparación cardíaca, han demostrado ser prometedoras para ayudar a la recuperación. Sin embargo, la baja retención de células madre trasplantadas como resultado del constante ciclo de estrés generado en el corazón latiendo presenta un obstáculo único en el desarrollo de estrategias regenerativas de infarto post-miocardio.

Para responder a este desafío, un equipo de investigadores de Corea del Sur y Estados Unidos ha diseñado un parche estirable fabricado a partir de una matriz extracelular derivada de células (ECM), que se puede usar para mejorar la adhesión de las células madre y facilitar la recuperación.

Trabajos previos en esta área han utilizado polímeros sintéticos, que ofrecen estabilidad mecánica pero carecen de señales celulares. Las estrategias alternativas han utilizado materiales basados ​​en materiales celulares naturales; sin embargo, su fragilidad hace que su aplicación en entornos dinámicos, como el corazón, sea bastante difícil.

“Hemos estado estudiando la matriz extracelular derivada de células (CDM) durante más de siete años”, dice Kwideok Park, profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea y autor correspondiente de este estudio. “[Anteriormente] hemos confirmado [el potencial de CDM] en la adhesión celular, la diferenciación e incluso la angiogénesis. “Por lo tanto, tratamos de demostrar su extensibilidad mientras lo integramos con biomateriales para propósitos de traducción, porque el CDM en sí es muy frágil y muy pobre en el manejo”.

En el estudio actual, el equipo buscó desarrollar una plataforma de ECM basada en células elásticas, en la que la matriz se estampa en un hidrogel. El hidrogel proporciona estabilidad mecánica, mientras que la ECM desempeña un papel importante en la regulación del comportamiento celular al imitar el entorno en el que normalmente residen las células cardíacas para mejorar el crecimiento y la proliferación de nuevas células.

La matriz extracelular derivada de fibroblastos humanos del grupo se integró en una matriz de PVA a través de interacciones de entrecruzamiento débil. Debido a que la ECM se conserva en la membrana estirable, los experimentos preliminares demostraron que se mejoró el comportamiento de los cardiomiocitos, lo que resultó en el crecimiento de grupos de células significativamente más grandes en relación con otras contrapartes sintéticas.

El parche se combinó con células madre mesenquimales y se probó en ratas que habían sufrido infartos de miocardio, y demostró una administración mejorada de células madre mesenquimales dentro de una semana de tratamiento, así como factores reducidos de remodelación fibrótica (desarrollo de tejido cicatricial, que conduce a mal pronóstico a largo plazo).

“Estos resultados muestran el potencial de este método como un sistema de estimulación celular que puede ser muy útil para precondicionar las células mecano-sensibles hacia las más maduras y / o funcionales a través del estiramiento cíclico controlado”, dijo Jennifer Shin, coautora del estudio y Profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea.

Este trabajo proporciona una plataforma efectiva para lo que los autores esperan que sea una nueva clase de parches terapéuticos para la entrega mejorada de células y otros factores que son compatibles con la ECM. “Nuestro trabajo futuro estará más enfocado en generar un prototipo para objetivos clínicos específicos, [como un] parche de piel cargado de células madre para la curación de heridas profundas”, agrega Park.
La investigación muestra que los exosomas son capaces de reparar las células cerebrales dañadas

Exosomas

Los exosomas son pequeñas burbujas compuestas de lípidos o grasas, que son liberadas por las células. Durante mucho tiempo, los investigadores los vieron como bolsas de basura básicamente en miniatura que las células expulsaron. Pero en 2007, la investigación sueca Jan Lotvall, de la Universidad de Gotemburgo, publicó una investigación que muestra que algunas células utilizan exosomas para transportar material genético como ARN mensajero (ARNm) y microARN entre otras células. Desde entonces, la investigación sobre los exosomas y su papel en el cuerpo ha explotado.

Investigaciones recientemente publicadas por investigadores del Instituto de Investigación Scripps en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) encontraron que los exosomas desempeñan un papel integral en el desarrollo de las neuronas y los circuitos neuronales. Además, son capaces de reparar las células cerebrales dañadas por enfermedades del desarrollo.

“Durante las diferentes etapas del desarrollo del cerebro, la señalización entre las células es absolutamente esencial”, afirmó Hollis Cline, copresidente del Departamento de Neurociencia en Scripps Research y directora del Centro de Neurociencia Dorris. “Encontramos que los exosomas son una de las formas en que las células comunican estas señales”.

Cline y su equipo de investigación estudiaron exosomas de neuronas humanas sanas y de pacientes con síndrome de Rett, un trastorno cerebral del desarrollo impulsado genéticamente con síntomas similares al autismo. Descubrieron que los exosomas en las células de Rett no contenían proteínas dañinas, pero tampoco tenían las proteínas de señalización esenciales que se encuentran en los exosomas sanos.

“No tenían cosas malas, pero les faltaban cosas buenas”, declaró Pranav Sharma, un neurocientífico en el laboratorio de Cline, que diseñó experimentos para identificar y comparar la bioactividad del exosoma en las diversas poblaciones de células.

Los investigadores utilizaron la edición de genes CRISPR para corregir la mutación detrás del síndrome de Rett y luego estudiaron las funciones de señalización de los exosomas neurales fijados como resultado de la edición. Arreglar la mutación revirtió los déficits, indicó Sharma. También probaron si agregar exosomas sanos a un cultivo de células del síndrome de Rett proporcionaba un beneficio terapéutico, con resultados positivos.

“Ese fue quizás nuestro hallazgo más emocionante: que los exosomas de las células sanas pueden rescatar las deficiencias del neurodesarrollo en las células con síndrome de Rett”, afirmó Cline. “Consideramos que esto es muy prometedor debido a los muchos trastornos del desarrollo neurológico que necesitan un tratamiento. “Estos son trastornos para los cuales ya tenemos una comprensión profunda de las deficiencias genéticas subyacentes, pero todavía no tenemos una terapia para abordar la enfermedad en sí”.

La investigación utilizó neuronas humanas de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) de pacientes con Rett. Alysson Muotri, especialista en neurociencia y células madre de la Universidad de California en San Diego, asistió. También participaron otros investigadores, incluidos John Yates III y Daniel McClatchy en Scripps.

Otro aspecto de la investigación fue tomar exosomas sanos e inyectarlos en el cerebro de los ratones, específicamente en el hipocampo, que participa en el aprendizaje y la memoria. Observaron aumento de la proliferación neuronal.

Continuarán explorando la bioactividad de los exosomas y las posibles aplicaciones clínicas, como la posibilidad de una prueba de diagnóstico y si estos hallazgos se aplican a los trastornos del espectro autista u otras enfermedades del neurodesarrollo como el síndrome de X frágil.

Los exosomas parecen afectar a numerosos sistemas fisiológicos, incluido el sistema inmunológico, el cerebro, el sistema cardiovascular, las células madre, así como los posibles roles en el cáncer, la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades.

Fuente: Advance Science News

Compartir

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on whatsapp