Los órganos, músculos y huesos están compuestos por múltiples tipos de células y tejidos que se organizan cuidadosamente para llevar a cabo una función específica. Por ejemplo, los riñones pueden filtrar los desechos de la sangre debido a cómo están organizadas sus células y tejidos especializados.La interrupción de esta organización afecta dramáticamente cómo las células y los tejidos hacen su trabajo de manera efectiva.
Otro ejemplo es el cartílago articular, que existe donde los huesos se unen en las articulaciones. Este tipo de cartílago proporciona un material de amortiguación para proteger los extremos de los huesos y está estrechamente integrado con el hueso a través de una región de gradiente conocida como interfaz osteocondral.al hueso, condral relacionado con el cartílago. Cuando el cartílago articular está ausente o dañado, se produce un dolor debilitante.
A diferencia de algunos tejidos, el cartílago no puede regenerarse. Carece de vasos sanguíneos para respaldar dicha reparación. Después de una lesión o daño, la degeneración del cartílago progresa y conduce a la osteoartritis, que afecta a aproximadamente 27 millones de estadounidenses.
"La intervención médica es la única forma de regenerar el tejido osteocondral", dice Lesley Chow, profesora asistente de Ciencia e Ingeniería de Materiales y Bioingeniería en la Universidad de Lehigh. "Para regenerar con éxito este cartílago y hacerlo funcional, debemos considerar el hecho de que funcionaestá relacionado tanto con el cartílago como con el hueso. Si el cartílago no tiene un buen anclaje, no tiene sentido. Podrías regenerar un cartílago hermoso, pero no durará si no está anclado a ese hueso inmediatamente debajo de él ".
Esto presenta un gran desafío de ingeniería, dice Chow, ya que es difícil crear un órgano compuesto por dos tejidos muy diferentes. Lo que se necesita es un método de ingeniería de tejidos que respete la naturaleza de múltiples componentes y organización de cómo se forman los tejidos en la naturaleza, dice, y agrega: "Entonces tendríamos la capacidad de crear algo que sea duradero".
Chow ha dado un gran paso en los esfuerzos del campo para abordar dicho desafío. Ella y su equipo en The Chow Lab en Lehigh han demostrado un nuevo método para fabricar andamios que presentan señales espacialmente organizadas para controlar el comportamiento celular localmente dentro de un material.documento de prueba de concepto, publicado en Ciencia de biomateriales , se llama: "Impresión 3D con conjugados péptido-polímero para la fabricación en un solo paso de andamios funcionalizados espacialmente". Este trabajo fue dirigido por los estudiantes graduados de Lehigh Paula Camacho Bioingeniería y Hafiz Busari Ciencia e Ingeniería de Materiales con co-Los autores Kelly Seims Ciencia e Ingeniería de Materiales, Peter Schwarzenberg Ingeniería Mecánica y Mecánica y Hannah L. Dailey, profesora asistente de Ingeniería Mecánica y Mecánica en Lehigh. Su publicación muestra cómo su plataforma se puede utilizar para crear una organización continua y altamente organizada.andamios para regenerar dos tejidos diferentes, como los que se encuentran en la interfaz osteocondral.
El laboratorio de Chow crea andamios de biomateriales hechos de polímeros biodegradables, que son largas cadenas de moléculas que pueden degradarse con el tiempo en el cuerpo. Los andamios se usan ampliamente en la ingeniería de tejidos para proporcionar soporte estructural a las células, así como señales químicas que "dicen"las células en qué tipo de célula se convierten o qué tejido se forman. Utilizados en las primeras etapas de la regeneración de tejidos, los andamios están diseñados para implantarse en el cuerpo y luego degradarse a medida que se forman nuevos tejidos.
El equipo de Chow utiliza tecnología de impresión 3D para controlar la deposición de "tintas" con diferentes composiciones de materiales. Estas tintas se preparan mezclando un polímero biodegradable con polímeros modificados con péptidos. Los péptidos, compuestos de aminoácidos, proporcionan las señales bioactivas paracélulas.
"Sabemos por la literatura y la naturaleza qué secuencias de aminoácidos queremos", dice Chow. "Podemos tomar un segmento que sabemos que juega un papel específico e importante en decirle a las células que desarrollen tejido nuevo y, en cierto sentido, robenNaturaleza. Tomamos un péptido y lo unimos a un polímero y lo agregamos mientras construimos nuestros andamios. Utilizamos la impresión 3D como una forma de controlar la organización de estos polímeros funcionalizados con péptidos, así como la arquitectura del andamio ".
Una vez que el equipo fabrica el andamio, los "siembran" con células, como las células madre mesenquimales humanas que se pueden "convencer" en respuesta a los péptidos para que se conviertan en diferentes tipos de células.
Como explica Chow, cambiar las propiedades del andamio es simplemente una cuestión de cambiar las tintas cargadas en la impresora. El equipo puede modificar la concentración de péptidos y la ubicación, y pueden hacerlo con más de una composición de tinta.
"Lo que estamos haciendo es crear un ambiente que fomente la regeneración de dos tejidos diferentes simultáneamente en un andamio", dice Chow. "¿Creamos un andamio que tenga las señales correctas? ¿Uno que promueva el cartílago, uno que promueva el hueso? Todoen un material. Luego tiene un solo andamio donde no tiene que preocuparse por fallas mecánicas en la interfaz porque tiene un solo material en lugar de "pegar" dos andamios separados y solo esperar lo mejor ".
En el documento, los autores demuestran la efectividad de su método utilizando dos péptidos muy familiares. Describen cómo se sintetizaron los conjugados de polímeros modificados con péptidos con el motivo de adhesión celular RGDS o su control negativo RGES. Para demostrar el control espacial de la funcionalización del péptido,Se utilizaron múltiples cabezales de impresora para imprimir ambos conjugados en la misma construcción en patrones alternos. Según el diseño, las células se unieron y se extendieron preferentemente en fibras conjugadas de polímero RGDS biotina en comparación con las fibras conjugadas de polímero RGES azida. Esto ilustra cómo el péptido espacialLa funcionalización influyó en el comportamiento celular local dentro de un biomaterial único. Este accesorio preferencial demuestra que la técnica tiene un potencial real para crear andamios que permiten a los científicos dirigir "dónde se van a pegar las células".
Según Chow, la mayoría de las técnicas de fabricación de andamios implican modificaciones después de su creación, lo que puede conducir a resultados no deseados, como la distribución de productos químicos en una concentración uniforme. Sin embargo, los tejidos nativos no se organizan de esta manera.
"Nuestra plataforma está diseñada para controlar realmente cómo se organizan las células", dice Chow. "Es como construir una casa y luego ver qué casa les gusta más a las células. Y descubrimos que las células realmente se dan cuenta. Se dan cuenta de las dos diferentesseñales. Se dan cuenta si las señales están organizadas o no ".
"Es muy importante para nosotros tener un control ajustado para hacer que las células hagan lo que queremos que hagan", agrega Camacho.
Uno de los proyectos actuales de Camacho es aplicar la plataforma de biofabricación de andamios del equipo para diseñar la formación de tejido osteocondral. Camacho y sus colegas cultivan los andamios sembrados con células en una incubadora a temperatura corporal 37 ° C o 98.6 ° F con 5%dióxido de carbono para imitar las condiciones dentro del cuerpo humano. Evalúan qué tipo de tejido se forma y cómo se comportan las células en diferentes puntos en el tiempo. Esto les permite vislumbrar en qué andamios tienen más probabilidades de tener éxito.
"En este momento estoy probando dos péptidos diferentes", dice Camacho. "Uno es convencer a las células madre mesenquimales humanas para que se diferencien en condrocitos, o células de cartílago. Y el otro péptido está tratando de hacer que se diferencien en hueso".Construyo estos andamios con un péptido o ambos péptidos que están organizados de diferentes maneras. Y quiero ver cómo reaccionan las células a él, si les gusta uno más que el otro. Caracterizo lo que están haciendo hasta 42 días en cultivo."
Mientras el equipo está trabajando en algunos proyectos específicos, incluido el trabajo osteocondral, su objetivo es que otros investigadores puedan usar la plataforma y, en última instancia, ayudar a avanzar en el campo.
"Creemos que esto presenta una plataforma versátil para generar biomateriales multifuncionales que pueden imitar la organización bioquímica que se encuentra en los tejidos nativos para apoyar la regeneración funcional", dice Chow.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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