Los pacientes con cánceres de sangre como la leucemia y el linfoma a menudo se tratan irradiando su médula ósea para destruir las células enfermas. Después del tratamiento, los pacientes son vulnerables a la infección y la fatiga hasta que las células sanguíneas nuevas vuelvan a crecer.
Los investigadores del MIT han ideado una forma de ayudar a las células sanguíneas a regenerarse más rápidamente. Su método consiste en estimular un tipo particular de células madre para secretar factores de crecimiento que ayudan a las células precursoras a diferenciarse en células sanguíneas maduras.
Utilizando una técnica conocida como mecanopriming, los investigadores cultivaron células madre mesenquimales MSC en una superficie cuyas propiedades mecánicas son muy similares a las de la médula ósea. Esto indujo a las células a producir factores especiales que ayudan a las células madre y progenitoras hematopoyéticas HSPC se diferencian en glóbulos rojos y blancos, así como en plaquetas y otros glóbulos.
"Puedes pensarlo como si estuvieras tratando de cultivar una planta", dice Krystyn Van Vliet, profesora de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Michael y Sonja Koerner, profesora de ingeniería biológica y preboste asociado ". Los MSC sonentrando y mejorando el suelo para que las células progenitoras puedan comenzar a proliferar y diferenciarse en los linajes de células sanguíneas que necesitas para sobrevivir ".
En un estudio de ratones, los investigadores mostraron que las MSC especialmente desarrolladas ayudaron a los animales a recuperarse mucho más rápidamente de la irradiación de la médula ósea.
Van Vliet es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 24 de octubre de la revista Investigación y terapia con células madre . El autor principal del artículo es el reciente receptor del doctorado del MIT Frances Liu. Otros autores son la postdoctorado de la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y Tecnología SMART Kimberley Tam, la reciente receptora del doctorado del MIT Novalia Pishesha y el ex postdoctorado SMART Zhiyong Poon, ahora en SingapurHospital General.
Fábricas de drogas celulares
Las MSC se producen en todo el cuerpo y pueden diferenciarse en una variedad de tejidos, incluidos huesos, cartílagos, músculos y grasas. También pueden secretar proteínas que ayudan a otros tipos de células madre a diferenciarse en células maduras.
"Actúan como fábricas de drogas", dice Van Vliet. "Pueden convertirse en células de linaje tisular, pero también bombean muchos factores que cambian el entorno en el que operan las células madre hematopoyéticas".
Cuando los pacientes con cáncer reciben un trasplante de células madre, generalmente reciben solo HPSC, que pueden convertirse en células sanguíneas. El equipo de Van Vliet ha demostrado previamente que cuando los ratones también reciben MSC, se recuperan más rápido. Sin embargo, en una población dada de MSC,por lo general, solo alrededor del 20 por ciento produce los factores necesarios para estimular el crecimiento de las células sanguíneas y la recuperación de la médula ósea.
"Dejados a sus propios dispositivos en los entornos culturales de vanguardia actuales, los MSC se vuelven heterogéneos y todos expresan una variedad de factores", dice Van Vliet.
En un estudio anterior, Van Vliet y sus colegas SMART demostraron que podía clasificar las MSC con un dispositivo microfluídico especial que puede identificar el 20 por ciento que promueve el crecimiento de las células sanguíneas. Sin embargo, ella y sus estudiantes querían mejorar eso al encontrar unforma de estimular a toda una población de MSC para que produzcan los factores necesarios.
Para hacer eso, primero tenían que descubrir qué factores eran los más importantes. Mostraron que si bien muchos factores contribuyen a la diferenciación de las células sanguíneas, la secreción de una proteína llamada osteopontina se correlacionó más altamente con mejores tasas de supervivencia en ratones tratados con MSC.
Luego, los investigadores exploraron la idea de "mecanizar" las células para que produjeran más factores necesarios. Durante la última década, Van Vliet y otros investigadores han demostrado que varían las propiedades mecánicas de las superficies en las que crecen las células madrepuede afectar su diferenciación en tipos de células maduras. Sin embargo, en este estudio, por primera vez, demostró que las propiedades mecánicas también pueden afectar los factores que las células madre secretan antes de comprometerse con un linaje específico de células de tejido.
Por lo general, las células madre extraídas del cuerpo crecen en una lámina plana de vidrio o plástico rígido. El equipo del MIT decidió intentar cultivar las células en un polímero llamado PDMS y variar sus propiedades mecánicas para ver cómo eso afectaría a las célulasDiseñaron materiales que variaban tanto en su rigidez como en su viscosidad, que es una medida de la rapidez con que el material se estira cuando se aplica tensión.
Los investigadores encontraron que las MSC cultivadas en materiales con propiedades mecánicas más similares a las de la médula ósea produjeron la mayor cantidad de factores necesarios para inducir a las HPSPC a diferenciarse en células sanguíneas maduras.
Mejor recuperación
Luego, los investigadores probaron sus MSC especialmente desarrolladas al implantarlas en ratones que habían irradiado su médula ósea. Aunque no implantaron ningún HSPC, este tratamiento repobló rápidamente las células sanguíneas de los animales y les ayudó a recuperarse más rápidamente que los ratonestratados con MSC cultivadas en superficies de vidrio tradicionales. También se recuperaron más rápido que los ratones tratados con los MSC productores de factor que fueron seleccionados por el dispositivo de clasificación de microfluidos.
"Los estudios en ratones fueron modelos de radioterapia comúnmente utilizados para matar células cancerosas en la clínica. Sin embargo, estas terapias son altamente destructivas y también destruyen células sanas", dice Liu. "Nuestras MSC mecanicas pueden ayudar a mejorar el apoyo yregenerar esas células sanas de médula ósea más rápido en estos modelos de ratones, y esperamos que los mismos resultados se traduzcan en humanos ".
El laboratorio de Van Vliet ahora está realizando más estudios en animales con la esperanza de desarrollar un tratamiento combinado de MSC y HSPC que pueda probarse en humanos.
"No puede sobrevivir con un recuento bajo de células sanguíneas por mucho tiempo", dice ella. "Si puede hacer que su recuento completo de células sanguíneas llegue a los niveles normales más rápido, tiene un pronóstico mucho mejor para la velocidad derecuperación."
Los investigadores también esperan estudiar si la mecanoprima puede inducir a las MSC a producir diferentes factores que estimularían el desarrollo de tipos de células adicionales que podrían ser útiles para tratar otras enfermedades.
"Se podría imaginar que al cambiar su entorno de cultivo, incluido su entorno mecánico, las MSC podrían usarse para la administración para atacar varias otras enfermedades", como la enfermedad de Parkinson, la artritis reumatoide y otras, dice Van Vliet.
La investigación fue financiada por el Grupo de Investigación Interdisciplinaria BioSystems and Micromechanics de la Alianza Singapur-MIT para Investigación y Tecnología SMART, a través de la Fundación Nacional de Investigación de Singapur y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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