Los investigadores se enfrentan a un desafío fundamental al tratar de ampliar la regeneración de tejidos humanos desde pequeñas muestras de laboratorio hasta tejidos de tamaño completo, huesos e incluso órganos completos para implantar en personas para tratar enfermedades o lesiones traumáticas: cómo establecer un sistema vascular que suministresangre profunda en el tejido en desarrollo.
Las técnicas de bioingeniería actuales, incluida la impresión en 3-D, no pueden fabricar la red de ramificación de los vasos sanguíneos hasta la escala capilar que se requieren para administrar el oxígeno, los nutrientes y las moléculas esenciales necesarias para el crecimiento adecuado de los tejidos. Para resolver este problema,un equipo de investigación multidisciplinario del Instituto Politécnico de Worcester WPI, la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad Estatal de Arkansas-Jonesboro han recurrido con éxito a las plantas. Informan sus hallazgos iniciales en el documento "Cruzando reinos: el uso de plantas desceluralizadas como ingeniería de tejidos perfusableandamios "publicado en línea antes de la edición de mayo de 2017 de la revista Biomateriales .
"Las plantas y los animales explotan enfoques fundamentalmente diferentes para transportar fluidos, productos químicos y macromoléculas, pero hay sorprendentes similitudes en sus estructuras de red vascular", escribieron los autores. "El desarrollo de plantas descelularizadas para andamios abre el potencial para una nueva ramade ciencia que investiga el mimetismo entre planta y animal "
En una serie de experimentos, el equipo cultivó el latido de las células del corazón humano en las hojas de espinaca que fueron despojadas de las células vegetales. Fluyeron fluidos y microperlas de tamaño similar a las células sanguíneas humanas a través de la vasculatura de la espinaca, y sembraron las venas de la espinaca con humanoscélulas que recubren los vasos sanguíneos. Estos estudios de prueba de concepto abren la puerta al uso de múltiples hojas de espinaca para cultivar capas de músculo cardíaco sano para tratar pacientes con ataque cardíaco.
Otras plantas descelularizadas podrían proporcionar el marco para una amplia gama de tecnologías de ingeniería de tejidos. "Tenemos mucho más trabajo por hacer, pero hasta ahora esto es muy prometedor", dijo Glenn Gaudette, PhD, profesor de ingeniería biomédica en WPI yautor correspondiente del artículo: "La adaptación de abundantes plantas que los agricultores han estado cultivando durante miles de años para su uso en ingeniería de tejidos podría resolver una serie de problemas que limitan el campo".
Además de Gaudette, el equipo de investigación de WPI incluye a Tanja Dominko, PhD, DVM, profesora asociada de biología y biotecnología, que estudia los mecanismos moleculares del desarrollo de células humanas; Pamela Weathers, PhD, profesora de biología y biotecnología, una bióloga de plantas;y Marsha Rolle, PhD, profesora asociada de ingeniería biomédica, que se enfoca en la ingeniería de tejido vascular. El equipo colaborativo también incluye investigadores de biología de células madre y plantas humanas en Wisconsin y Arkansas. "Este proyecto habla de la importancia de la investigación interdisciplinaria"."Cuando hay personas con diferentes conocimientos que se enfrentan a un problema desde diferentes perspectivas, pueden surgir soluciones novedosas".
El primer autor del artículo es Joshua Gerslak, un estudiante graduado en el laboratorio de Gaudette, que ayudó a diseñar y realizar los experimentos, y que desarrolló un proceso efectivo para eliminar las células vegetales de las hojas de espinaca al hacer fluir o "perfundir" una solución detergente a través de las hojas'venas ". Había hecho un trabajo de descelularización en corazones humanos antes y cuando miré la hoja de espinaca su tallo me recordó a una aorta. Así que pensé, perfundámoslo a través del tallo", dijo Gershlak. "No estábamos segurosfuncionaría, pero resultó ser bastante fácil y replicable. Está funcionando en muchas otras plantas ".
Cuando las células de la planta se lavan, lo que queda es un marco hecho principalmente de celulosa, una sustancia natural que no es dañina para las personas. "La celulosa es biocompatible y se ha utilizado en una amplia variedad de aplicaciones de medicina regenerativa, comoingeniería de tejido de cartílago, ingeniería de tejido óseo y curación de heridas ", escribieron los autores.
Además de las hojas de espinaca, el equipo eliminó con éxito células del perejil, Artemesia annua ajenjo dulce y raíces peludas de maní. Esperan que la técnica funcione con muchas especies de plantas que podrían adaptarse para estudios especializados de regeneración de tejidos ".la hoja de espinaca podría ser más adecuada para un tejido altamente vascularizado, como el tejido cardíaco, mientras que la estructura cilíndrica hueca del tallo de Impatiens capensis joya podría adaptarse mejor a un injerto arterial. Por el contrario, las columnas vasculares de madera podrían ser útiles en los huesosingeniería debido a su fuerza relativa y geometrías ", escribieron los autores.
El uso de plantas como base para la ingeniería de tejidos también tiene beneficios económicos y ambientales ". Al explotar la química benigna de los andamios de tejidos vegetales, podríamos abordar las muchas limitaciones y los altos costos de los materiales compuestos sintéticos y complejos. Las plantas se pueden cultivar fácilmente usandobuenas prácticas agrícolas y en entornos controlados. Al combinar tejido vegetal respetuoso con el medio ambiente con la descelularización basada en perfusión, hemos demostrado que puede haber una solución sostenible para los andamios de ingeniería de tejidos prevascularizados ".
En WPI, la investigación continúa a lo largo de varias líneas, dijo Gaudette, con estudios para optimizar el proceso de descelularización y caracterizar aún más cómo varios tipos de células humanas crecen mientras están unidos y potencialmente alimentados por andamios basados en plantas. Además,Se explorará la ingeniería de una red vascular secundaria para la salida de sangre y fluidos del tejido humano. El 7 de abril de 2017, Gershlak presentará la tecnología y los primeros resultados como orador invitado en la Exhibición de Innovación Estudiantil inaugural de la Academia Nacional de Inventores en Boston,donde detallará el trabajo para más de 200 inventores consumados y líderes de comercialización de tecnología.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico de Worcester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :