Los capilares humanos diseñados proporcionan una visión sorprendente de cómo los glóbulos rojos transitan los vasos sanguíneos ultra pequeños.
Esta nueva plataforma se utilizó en un estudio reciente para aprender cómo la infección severa de malaria hace que los glóbulos rojos se atasquen en los microvasos sanguíneos. A medida que se acumulan, los glóbulos rojos infectados por parásitos obstruyen las rutas más estrechas del flujo sanguíneo en el cuerpo.
La forma en que se creó el modelo 3D de microvasos con células vivas, y los hallazgos que ayudó a obtener sobre los mecanismos de obstrucción microcirculatoria por infección grave de malaria, se informan en un artículo en los números actuales de Avances científicos .
Investigadores de la Universidad de Washington, el Instituto de Investigación Infantil de Seattle y el Instituto de Medicina UW para Células Madre y Medicina Regenerativa llevaron a cabo el proyecto.
Los autores correspondientes del trabajo resultante son Ying Zheng, profesor asociado de bioingeniería, Joseph D. Smith, profesor afiliado de salud global e investigador de enfermedades infecciosas del Seattle Children's, y Cole A. DeForest, profesor asistente de ingeniería química y bioingeniería
El sistema capilar 3D que desarrolló su equipo es prometedor para la investigación de varias otras enfermedades que causan bloqueo o daño a los capilares humanos. Estos incluyen anemia falciforme, diabetes y problemas cardiovasculares.
El sistema también podría ser un paso inicial hacia la ingeniería de la microcirculación para fines de medicina regenerativa, como el suministro de flujo sanguíneo suficiente a parches de reparación de órganos derivados de células madre u órganos cultivados en laboratorio.
En el cuerpo humano, los capilares son los vasos sanguíneos más pequeños. Son conductos importantes para la transferencia de oxígeno y nutrientes del torrente sanguíneo a los tejidos, a cambio de dióxido de carbono y productos de desecho.
Los capilares humanos son tan estrechos que los glóbulos rojos pasan a través de ellos uno por uno.
Los científicos pudieron construir su sistema capilar a través de un tipo de impresión biológica de vasos de 100 micrómetros de tamaño grabados en una base de colágeno. Se empleó tecnología multiphoton del laboratorio DeForest para grabar los canales y alterar las células de los vasos sanguíneos más grandes,alentándolos así a moverse hacia los canales y formar capilares.
Con su microvasos diseñados en 3D, que se asemeja a un reloj de arena, los científicos podrían analizar cómo los glóbulos rojos navegan por cuellos de botella apretados. Los glóbulos rojos normales, que tienen la forma de una balsa de goma redonda, pasan suavemente al contorsionarse para parecer zapatillas,paracaídas o campanas. De alguna manera parecen evitar tocar el interior del capilar.
Sin embargo, los glóbulos rojos infectados con malaria son más rígidos y nudosos. Al atravesar la región capilar, no se alargan demasiado. También ruedan y caen. Tanto su forma como su movimiento aumentan el riesgo de adherirse al capilar y volverseatrapado.
Al encontrarse con las fuerzas presentes en el flujo sanguíneo, los glóbulos rojos infectados tienden a ser empujados más hacia la pared capilar en comparación con sus contrapartes no infectadas. Este empuje a un lado también aumenta su probabilidad de pegarse.
Si bien la mayoría de los glóbulos rojos normales pasaron por las regiones más estrechas del modelo capilar sin problemas, los infectados con ciertas variantes del parásito de la malaria se acumulan constantemente. En cuestión de minutos pueden dañar el capilar y detener el flujo, atrapando algunos glóbulos rojos normales conellos.
Los investigadores realizaron un análisis adicional de las posibles contribuciones perjudiciales de los botones que aparecen en los glóbulos rojos infectados con malaria.
Llegaron a la conclusión de que las fuerzas dinámicas del flujo sanguíneo en las células infectadas y las modificaciones en los glóbulos rojos inducidas por el parásito de la malaria podrían desempeñar funciones independientes en los eventos que conducen al bloqueo de los microvasos. Entonces, por ejemplo, hay másreunión de células infectadas cerca de la salida de los capilares, que es el lugar donde el flujo sanguíneo se ralentiza y se reducen las tensiones de cizallamiento.
Los científicos mencionaron que dos posibles deficiencias de su modelo 3D de microvasos humanos es que se deriva de tipos de células que se originan en vasos sanguíneos más grandes y que estudiar la dinámica de una sola célula es un desafío debido al control impreciso del flujo.
Esperan que, con modificaciones, este enfoque fundamentalmente nuevo para investigar la obstrucción de los microvasos ayude en futuros desarrollos terapéuticos para la malaria en etapa sanguínea, en el estudio de otras afecciones que puedan dañar los vasos sanguíneos pequeños y en la investigación de medicina de transfusiones en sangreproductos
Otros científicos en el equipo incluyeron a Christopher Arakawa, Celina Gunnarsson, Caitlin Howard, Maria Bernabeu, Kiet Phong y Eric Yang, todos del Departamento de Bioingeniería, que está conjuntamente en la Facultad de Medicina y Facultad de Ingeniería de la Universidad de Washington.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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