Cuando alguien tiene una enfermedad mortal o sufre una lesión potencialmente mortal, un trasplante o un injerto de tejido nuevo puede ser la mejor, o la única, opción de tratamiento. Los órganos trasplantados, los injertos de piel y otras partes necesitan vasos sanguíneos para llevar oxígeno.enriquecen la sangre a su manera, pero para los ingenieros de tejidos y los expertos en medicina regenerativa, crear una red funcional de vasos sanguíneos dentro de grandes tejidos en el laboratorio ha sido durante mucho tiempo un gran desafío.
Ahora, un grupo de investigación de la Universidad de Delaware ha sido pionero en métodos para desarrollar una red funcional de vasos sanguíneos autoensamblables de un tamaño relevante para uso humano. Jason Gleghorn y sus colegas son los primeros en hacer que este sistema funcione en este sentidoescala, y sus resultados fueron publicados recientemente en la revista Biomaterial s.
Gleghorn, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Delaware, estudia cómo el embrión construye tejidos y órganos durante el desarrollo con el objetivo de utilizar este conocimiento para definir nuevas estrategias de medicina regenerativa. Mientras que otros grupos han creado redes de vasos sanguíneos que abarcanmilímetros de tamaño, el sistema UD funciona a través de escalas de centímetros, necesarias para el reemplazo de tejido funcional. Con más desarrollo y refinamiento, el sistema microfluídico de Gleghorn podría algún día ser utilizado para hacer crecer vasos sanguíneos para el trasplante de tejidos y órganos en humanos.
Cómo construir redes de vasos sanguíneos
El equipo integró las células de los vasos sanguíneos humanos en un gel hecho de colágeno, una proteína que se encuentra en el tejido conectivo como la piel y las articulaciones. El objetivo era determinar las condiciones físicas necesarias para hacer que las células crezcan, se multipliquen y se conecten entre sí paraque una red de vasos sanguíneos se ensambló.
Hacer redes de vasos sanguíneos es un asunto complicado porque el sistema no siempre se comporta como los investigadores esperan. Durante su formación doctoral, Gleghorn formó parte del primer equipo que desarrolló técnicas para crear redes de vasos sanguíneos con diseño para la ingeniería de tejidos usando técnicas de microfluidos.
"Como ingeniero, podemos decir que creemos que las células deben estar tan separadas o que los vasos deben tener un cierto tamaño y espacio", dijo Gleghorn. "Podemos crear un entorno y una estructura muy precisos para las células,Pero el problema es que la biología no funciona de esa manera. Las células remodelan todo. Cambian de forma y tamaño y se empujan y tiran entre sí y los materiales en los que están incrustados para reorganizar nuestro hogar "perfecto" que creemos que necesitan.La realidad es que necesitamos diseñar sistemas que alienten a las células a remodelarse a sí mismas y a su entorno para generar un tejido funcional ".
En cambio, el grupo de Gleghorn preguntó: "¿Cuál es el punto de partida inicial fundamental del sistema que necesitamos, y luego podemos patearlo en la dirección correcta para que evolucione y construya su propia arquitectura similar a la forma en que lo hace su cuerpo?durante el desarrollo? ", dijo.
Por ejemplo, utilizando un potente microscopio confocal en el Instituto de Biotecnología de Delaware, el grupo descubrió que la densidad o rigidez del gel de colágeno afectaba el comportamiento de las células suspendidas dentro de él, lo que finalmente afectaba el tamaño y la conectividad de los vasos.
"Se parece un poco al postre festivo con fruta suspendida en gelatina", dijo Gleghorn de las células en el gel de colágeno. "Tienes un montón de células distribuidas al azar en todo el volumen del gel, y si estándistribuidos escasamente, les resulta muy difícil hablar entre ellos y formar conexiones para formar vasos. Los idiomas que usan son señales químicas y fuerzas físicas ". La clave es encontrar el punto óptimo de rigidez, lo suficientemente rígido como para que las células vecinaspuede interactuar con el material y entre sí, pero no tan rígido que las celdas no pueden moverse.
El equipo también descubrió que al perturbar su sistema de una manera específica, podrían afectar el tamaño y la forma de las redes de buques en ensamblaje.
"Desde recipientes más grandes hasta microvasos mucho más pequeños, que son realmente difíciles de fabricar, ahora podemos ajustar la arquitectura de la red de recipientes con los parámetros iniciales de partida", dijo Gleghorn. Esto significa que el nuevo sistema podría tener aplicaciones desde la formación de recipientes más profundosdentro del cuerpo a pequeños capilares, los pequeños vasos en la punta de tus dedos.
El equipo de Gleghorn también descubrió que sus vasos sanguíneos cultivados en laboratorio eran perfusibles, lo que sugiere que la sangre podría fluir a través de ellos sin filtrarse de los vasos al gel circundante. Las redes de vasos también pueden formarse en una variedad de geles con forma, lo que significa que este sistemapodría ser útil para construir redes de vasos sanguíneos en tejidos con formas complicadas, como el cartílago del menisco que cubre las rodillas o un gran injerto de piel para pacientes con quemaduras.
Además de Gleghorn, los autores del nuevo artículo incluyen a Joshua Morgan, un ex becario postdoctoral en la UD que ahora es profesor asistente en la Universidad de California, Riverside; Jasmine Shirazi, una estudiante graduada en ingeniería biomédica; Erica Comber, unaex asistente de investigación de pregrado que obtuvo un título honorífico en ingeniería biomédica de la UD en 2017 y ahora está cursando un doctorado en la Universidad Carnegie Mellon; y Christian Eschenburg, jefe de I + D en Orthopedic Technology Services GmbH, activo en Alemania, quien realizó investigaciones en el laboratorio de Gleghorncomo parte del programa de intercambio de estudiantes de posgrado Fraunhofer-UD. Este trabajo fue apoyado en parte por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación de Investigación de la Universidad de Delaware, el Premio de Mejora de la Facultad Junior Ralph E. Power de las Universidades Asociadas de Oak Ridgey el Premio Basil O'Connor de March of Dimes.
Ahora, el grupo de Gleghorn está aprendiendo aún más sobre cómo se forman las redes de vasos sanguíneos para que puedan refinar su sistema. Con Babatunde Ogunnaike, el Presidente de Ingeniería Química William L. Friend, Gleghorn está mapeando fórmulas matemáticas para describir cómo se forman los vasos sanguíneosy remodelar en el desarrollo de embriones de pollo en el huevo ". Luego planeamos tomar la ingeniería matemática y de sistemas y combinarla con la biología las moléculas y las vías de señalización que conocemos, y aplicarla a estos tejidos 3D diseñados por ingeniería genéticamodelos para hacer redes de vasos sanguíneos jerárquicos más complejos ", dijo Gleghorn. Ese proyecto es apoyado por un premio de la Fundación de Investigación de la Universidad de Delaware.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Original escrito por Julie Stewart. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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