Los bioingenieros están ideando una nueva tecnología para controlar de forma remota el posicionamiento y el tiempo de las funciones celulares para construir tejidos vivos artificiales y tridimensionales.
Los laboratorios de Kelly Stevens en el Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa de la UW en Seattle, y Jordan Miller en la Universidad de Rice en Houston, están colaborando para desarrollar tejidos bioimpresos, similares a órganos, como construcciones de hígado y pulmón.
El laboratorio de Steven tiene la visión a largo plazo de construir tejidos hepáticos que simulen algunas de las muchas funciones complejas del órgano. Esos tejidos artificiales podrían usarse para estudiar, por ejemplo, cómo actúan las drogas o las toxinas en el hígado.
Este órgano vital es propenso a sufrir daños por infecciones, medicamentos, venenos y sustancias tóxicas comunes, como el alcohol. La enfermedad hepática afecta a más de 500 millones de personas en todo el mundo y causa más de 2 millones de muertes cada año.
Eventualmente, a los investigadores les gustaría poder diseñar tejidos artificiales que pudieran implantarse quirúrgicamente para asumir las funciones perdidas de los hígados enfermos.
Stevens es profesora asistente de bioingeniería, un departamento dirigido conjuntamente por la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Washington y la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington. También ocupa un cargo en el Departamento de Medicina y Patología de Laboratorio de la facultad de medicina.
Explicó que las complejidades del hígado plantean obstáculos para los bioingenieros de órganos artificiales. ¿Cómo se hace que las células asuman sus diferentes roles funcionales y posiciones espaciales a medida que el órgano toma forma?
Así como los empleados en una fábrica tienen diferentes responsabilidades y ubicaciones de trabajo, también las agrupaciones de células dentro del hígado. Las células hepáticas obtienen sus asignaciones de trabajo de genes clave que, a través de sus perfiles de expresión de proteínas, las guían a sus lugares asignados para llevar a cabosus obligaciones.
Cada vez se comprende mejor cómo responden los genes a las señales que dan forma al destino de una célula y cómo se produce esta transferencia de información. Sin embargo, ha sido difícil conseguir que las células realicen esta transferencia de información a demanda. Esto es especialmente cierto para los sistemas organizados de forma compleja.
"El hígado realiza cientos de funciones críticas", señalaron los investigadores en el resumen de su proyecto. Para hacerlo, existe una división del trabajo entre las células del hígado.
"La reconstrucción del hígado sigue siendo un desafío enorme", dijeron los científicos. El campo aún no es capaz de crear pequeñas características, como las distintas zonas metabólicas que se encuentran en los hígados naturales. Los investigadores también observaron que, para construir un hígado, su campodebe comprender mejor cómo se ensambla el órgano y su fisiología regulada por la expresión génica en las células.
en el 30 de septiembre avances científicos Stevens y el estudiante graduado de bioingeniería de la Universidad de Washington, Daniel Corbett, junto con sus colaboradores en la Universidad de Rice, informan sobre su última creación bioimpresa. Es una tecnología termofluídica que genera patrones que imitan los perfiles genéticos que se encuentran en los hígados humanos.
Diseñaron los sistemas de fluidos impresos en 3D para suministrar calor penetrante. La energía de estos sistemas, como versiones en miniatura de radiadores de vapor y calor en apartamentos más antiguos, permite a los investigadores manipular el cableado genético de las células en el interior de los tejidos artificiales..
La tecnología utiliza patrones térmicos para activar la expresión génica. La transferencia de calor de las redes impresas dentro de los tejidos activa los transgenes de las células incrustadas, que son inducibles por calor.
Estas manipulaciones podrían revelar cómo el patrón genético dentro de diferentes células impulsa la segregación de tejidos y diversas funciones hepáticas. Este conocimiento podría, en el futuro, no solo sugerir ideas para esculpir órganos nuevos y funcionales a partir de células madre, sino también para manejar de forma remota los implantestejidos de órganos para lograr una respuesta terapéutica deseada.
Los investigadores llaman a su tecnología intercambiadores de calor para la activación de la transcripción, o HEAT. Las vías que activaron en su último proyecto son ciertas redes de señalización Wnt importantes para regular el desarrollo, mantenimiento y regeneración de los tejidos corporales en todo el reino animal..
Los investigadores dijeron que, si bien los hallazgos informados muestran el potencial de HEAT, encontraron limitaciones para controlar completamente la transferencia de calor de su sistema de primera generación en el espacio y el tiempo.
Creen que las modificaciones de diseño podrían superar algunas de las limitaciones actuales. Este enfoque también podría combinarse con otros avances en la ingeniería de tejidos.
Esperan que los avances adicionales para resolver el enigma de estimular los circuitos genéticos de las células dentro de los tejidos 3D, escriben, "acelerarán el desarrollo de modelos de tejidos hepáticos artificiales que podrían impactar ampliamente la biomedicina humana básica y traslacional". Creen que tales avancescreará nuevas vías para la biofabricación de tejidos y órganos 3D.
Video: http://www.youtube.com/watch?v=kiEnZEPWTsw&feature=emb_logo
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington Health Sciences / UW Medicine . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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