Las terapias con células madre a menudo están limitadas por la baja supervivencia de las células madre trasplantadas y la falta de control preciso sobre su diferenciación en los tipos de células terminales necesarias para reparar o reemplazar los tejidos lesionados. Ahora, un equipo dirigido por David Mooney, miembro de la facultad central del Instituto Wyss, Ph.D., ha desarrollado una nueva estrategia: incrustar células madre en hidrogeles porosos trasplantables, que ha mejorado experimentalmente la reparación ósea al aumentar la tasa de supervivencia de las células madre trasplantadas e influir en su diferenciación celular.
Mooney, que también es profesor de Bioingeniería de la Familia Robert P. Pinkas en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard, y su equipo publicó sus hallazgos en la edición del 14 de septiembre de Materiales de la naturaleza . El equipo incluyó a Georg Duda, Ph.D., miembro de la Facultad Asociada de Wyss y director del Instituto Julius Wolff y Profesor de Biomecánica y Regeneración Musculoesquelética en Charité - Universitätsmedizin Berlin, y el Director Fundador del Instituto Wyss Donald Ingber,Doctor en Medicina, Ph. D., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Facultad de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston y Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Las terapias con células madre tienen grandes esperanzas para la reparación de muchos tejidos y huesos o incluso el reemplazo de órganos enteros. Ahora se pueden generar células madre específicas de tejido en el laboratorio. Sin embargo, no importa cuán bien crezcan en el laboratorio, las células madrelas células deben sobrevivir después de ser trasplantadas y funcionar correctamente en el sitio de la lesión para ser útiles para terapias clínicas regenerativas. A partir de ahora, la muerte celular trasplantada sigue siendo un desafío importante.
Para mejorar la capacidad terapéutica de las células madre trasplantadas, el equipo de Mooney se ha inspirado en los "nichos" de células madre naturales. Un "nicho de células madre" es un sistema de apoyo único para las células madre que consiste en otros tipos de células y una matriz molecular extracelular.eso afecta su destino.
Recientemente, el equipo de Mooney y otros investigadores han identificado señales químicas y físicas específicas del nicho que actúan en conjunto para promover la supervivencia, multiplicación y maduración de las células madre en los tejidos. Mientras que las señales químicas que controlan el comportamiento de las células madre se entienden cada vez más, muchose sabe menos acerca de las propiedades mecánicas de los nichos de células madre. Sin embargo, se ha descubierto que las células madre como las presentes en los huesos, cartílagos o músculos cultivados en laboratorios poseen propiedades mecanosensibles, lo que significa que requieren un sustrato físico con elasticidad y rigidez definidas para proliferar ymadura en.
"Hasta ahora, estas influencias físicas no se habían aprovechado eficientemente para impulsar los procesos de regeneración del mundo real", dijo Nathaniel Huebsch, un estudiante graduado que trabajó con Mooney y que es el primer autor del estudio ". Basado en nuestra experiencia con células madre mecanosensibles,planteamos la hipótesis de que los hidrogeles podrían aprovecharse para generar las señales químicas y mecánicas correctas en un primer modelo de regeneración ósea ".
La clave del método desarrollado por el equipo de Mooney es la combinación de dos hidrogeles llenos de agua con propiedades muy diferentes. Un 'gel a granel' más estable y duradero se llena con pequeñas burbujas de un segundo, llamado 'porógeno' quese degrada a un ritmo mucho más rápido, dejando cavidades porosas.
Al acoplar el gel a granel con un péptido pequeño derivado del entorno extracelular de nichos de células madre genuinas, y mezclarlo con un tipo de célula madre específica de tejido y el porógeno, el equipo puede crear un nicho artificial formador de hueso.Mientras que el gel a granel proporciona la cantidad justa de elasticidad más una señal química relevante para inducir a las células madre a la proliferación y enviarlas a su camino de maduración, el porógeno se descompone gradualmente, dejando espacios abiertos para que las células madre se expandan antes de que migren naturalmentefuera de la estructura del gel por completo para formar tejido óseo mineralizado real.
En experimentos con animales pequeños llevados a cabo hasta ahora, los investigadores muestran que un hidrogel formador de huecos con las propiedades químicas y elásticas correctas proporciona una mejor regeneración ósea que el trasplante de células madre solo. De mayor interés, las células madre maduras desplegadas por el hidrogel también inducencélulas madre nativas cercanas para contribuir a la reparación ósea, lo que amplifica aún más sus efectos regenerativos.
"Este estudio proporciona la primera demostración de que las propiedades físicas de un biomaterial no solo pueden ayudar a liberar células madre sino también ajustar su comportamiento in vivo", dijo Mooney. "Si bien hasta ahora nos hemos centrado en orquestar la formación ósea, creemos quenuestro concepto de hidrogel se puede aplicar ampliamente a otros procesos regenerativos también "
El trabajo colaborativo y multidisciplinario fue apoyado por el Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Universidad de Harvard MRSEC, financiado por la National Science Foundation NSF.
"Esta es una demostración exquisita del alto impacto de los programas MRSEC", dijo Dan Finotello, director del programa en la NSF. "Los MRSEC reúnen a varios investigadores de variada experiencia y experiencia complementaria que luego pueden avanzar la ciencia a un ritmo considerablemente más rápido"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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