Al combinar materiales poliméricos de ingeniería conocidos como hidrogeles con tejido intestinal complejo conocido como organoides, hechos de células madre pluripotentes humanas, los investigadores han dado un paso importante hacia la creación de una nueva tecnología para controlar el crecimiento de estos organoides y usarlos para tratarheridas en el intestino que pueden ser causadas por trastornos como la enfermedad inflamatoria intestinal EII.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Michigan informan esta investigación el 23 de octubre en la revista Biología celular natural . La investigación, realizada en un modelo animal, fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Crohn's y Colitis, y el Centro de Ingeniería y Medicina Regenerativa operado por la Universidad Emory, Georgia Tech y la Universidad de Georgia.
Los autores utilizaron los hidrogeles diseñados para crear un entorno de crecimiento en 3D, conocido como matriz, que proporciona un soporte físico y bioquímico óptimo para el crecimiento de organoides. Enfoques anteriores para crear este entorno de crecimiento, iniciados por el coautor del estudio Jason Spence,El profesor asociado de medicina interna de la Universidad de Michigan había utilizado una matriz natural derivada de una línea de células tumorales. El uso de productos animales es un desafío clínico significativo debido a las posibles infecciones zoonóticas, que pueden propagarse entre animales y humanos.
"El uso de una matriz derivada de tumor de ratón limitaría cualquier aplicación futura de estas tecnologías organoides en humanos, y este trabajo abre la puerta a la investigación dirigida específicamente para aplicaciones clínicas", señaló Asma Nusrat, coautora del estudio y AldredScott Warthin Profesor y Director de Patología Experimental en la Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan.
Además de permitir el crecimiento de organoides dentro del hidrogel diseñado en una incubadora de cultivo de tejidos, el equipo de investigación demostró que el hidrogel podría actuar como pegamento, permitiendo que los organoides se adhieran y contribuyan a la cicatrización de heridas cuando se trasplantan a un intestino de ratón lesionado.El éxito podría señalar el camino hacia un nuevo tipo de terapia dirigida a reparar el daño intestinal en humanos, y potencialmente para reparar el daño en otros órganos.
"Hemos demostrado que la matriz de hidrogel ayuda al injerto de organoides intestinales humanos HIO en el tejido intestinal, que diferencian y aceleran la cicatrización de la herida", dijo Andrés J. García, profesor de regentes en la escuela Woodruff de Georgia Tech.of Mechanical Engineering. "Este trabajo proporciona una prueba de principio para utilizar organoides intestinales humanos derivados de células madre en un entorno terapéutico"
Debido a que los hidrogeles se basan en materiales sintéticos definidos, ofrecen una ventaja para el uso terapéutico potencial en el cuerpo.
"La naturaleza completamente definida de estos hidrogeles de bioingeniería sintética podría hacerlos ideales para su uso en pacientes humanos en el caso de que los HIO se usen para terapia en el futuro", dijo Miguel Quirós, investigador postdoctoral y coautor principal de la Universidad de Michiganen el estudio, agregó Nusrat: "En este trabajo, demostramos que los hidrogeles facilitan el trasplante de HIO en un intestino lesionado, lo que sugiere que esta técnica tiene implicaciones significativas para tratar las lesiones intestinales causadas por enfermedades como la enfermedad inflamatoria intestinal".
La matriz sintética, desarrollada en Georgia Tech, puede modificarse fácilmente para adaptarse a las necesidades de las células alojadas. Por ejemplo, el estudiante graduado de Georgia Tech Ricardo Cruz-Acuña, coautor del artículo, experimentó con varias combinaciones antes de determinarque un hidrogel compuesto de 96 por ciento de agua y que contenía un péptido de adhesión celular particular era ideal para los HIO.
Con un pequeño colonoscopio, Quirós y Cruz-Acuña administraron el hidrogel, junto con los organoides, en las heridas que se habían hecho en los intestinos de los ratones inmunocomprometidos. Las células implantadas se etiquetaron para poder detectarlas más tarde. Después de las cuatrosemanas, los HIO se habían injertado completamente en el área lesionada, formando estructuras tridimensionales que se asemejan al tejido normal. El hidrogel sintético había desaparecido, reemplazado por una matriz extracelular natural producida por las propias células.
"Debido a que nuestro sistema de hidrogel se modifica fácilmente, simplemente podemos alterar otros parámetros para crear las propiedades mecánicas y biológicas deseadas para soportar muchos tipos de células u organoides", dijo García, quien ocupa la Cátedra Rae S. y Frank H. Neely"Los detalles pueden ser diferentes para otras celdas destinadas a diferentes aplicaciones"
Como próximos pasos, a los investigadores les gustaría probar su matriz de hidrogel en animales con sistemas inmunes normales y en modelos de enfermedades. También pueden necesitar optimizar el método para administrar el material de hidrogel que contiene los HIO para reemplazar las técnicas intensivas en mano de obra utilizadasen la investigación, García, Nusrat y Spence esperan que probablemente se necesiten ensayos en animales grandes antes de que se puedan considerar ensayos en humanos.
Más allá de las aplicaciones intestinales, los investigadores también están estudiando el uso de hidrogeles para administrar organoides a los riñones y pulmones dañados.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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