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Bioingeniería: Huesos Artificiales creados en un disco de petri
10 de febrero de 2021 | Historia original de NYU Tandon School of Engineering
Un santo grial para la investigación ortopédica es un método que no sólo permita crear tejido óseo artificial que coincida exactamente con lo real, sino que lo haga con tal detalle microscópico que incluye estructuras diminutas potencialmente importantes para la diferenciación de células madre, que es clave para la regeneración ósea.
Investigadores de la NYU Tandon School of Engineering y del New York Stem Cell Foundation Research Institute (NYSF) han dado un paso importante creando la réplica exacta de un hueso utilizando un sistema que combina imágenes biotérmicas con un “nano-cincel”termostatizado. En su estudio, “Cost and Time Effective Lithography of Reusable Millimeter Size Bone Tissue Replicas with Sub-15 nm Feature Size on a Biocompatible Polymer”, que apareció en el journal Advanced Functional Materials, los investigadores detallan un sistema que les permite esculpir, en un material biocompatible, la estructura exacta del tejido óseo, con características más pequeñas que el tamaño de una proteína, mil millones de veces más pequeñas que un metro. Esta plataforma, llamada litografía de sondas de escaneo biotérección (bio-tSPL), toma una “fotografía” del tejido óseo, y luego utiliza la fotografía para producir una réplica de esta.
El equipo, dirigido por Elisa Riedo, profesora de ingeniería química y biomolecular en NYU Tandon, y Giuseppe Maria de Peppo, investigador principal senior de Ralph Lauren en la NYSF, demostraron que es posible ampliar la bio-tSPL para producir réplicas óseas en un tamaño nanométrico para estudios y aplicaciones biomédicas significativas, a un costo asequible. Estas réplicas óseas soportan el crecimiento de células óseas derivadas de las propias células madre de un paciente, creando la posibilidad de ser pioneras en nuevas aplicaciones de células madre con amplia investigación y potencial terapéutico. Esta tecnología podría revolucionar el descubrimiento de fármacos y dar lugar al desarrollo de mejores implantes y dispositivos ortopédicos.
En el cuerpo humano, las células viven en entornos específicos que controlan su comportamiento y apoyan la regeneración tisular a través del suministro de señales morfológicas y químicas a escala molecular. En particular, las células madre óseas están incrustadas en una matriz de fibras —agregados de moléculas de colágeno, proteínas óseas y minerales—. La estructura jerárquica ósea consiste en un conjunto de microsupeficies y nanoejes, cuya complejidad ha obstaculizado su replicación por métodos de fabricación estándar hasta ahora.
“tSPL es un potente método de nanofabricación que mi laboratorio fue pionero hace unos años, y actualmente se implementa mediante el uso de un instrumento disponible comercialmente, el NanoFrazor”, dijo Riedo. “Sin embargo, hasta hoy, las limitaciones en términos de rendimiento y biocompatibilidad de los materiales han impedido su uso en la investigación biológica. Estamos muy emocionados de haber roto estas barreras y de haber llevado a tSPL al ámbito de las aplicaciones biomédicas”.
Su tiempo y rentabilidad, así como la compatibilidad celular y la posibilidad de reutilización de las réplicas óseas, hacen de bio-tSPL una plataforma asequible para la producción de superficies que reproducen perfectamente cualquier tejido biológico con una precisión sin precedentes.
“Estoy entusiasmado con la precisión lograda utilizando bio-tSPL. Las superficies miméticas óseas, como la reproducida en este estudio, crean posibilidades únicas para comprender la biología celular y modelar enfermedades óseas, y para desarrollar plataformas de detección de drogas más avanzadas”, dijo de Peppo. “Como ingeniero de tejidos, estoy especialmente emocionado de que esta nueva plataforma también pueda ayudarnos a crear implantes ortopédicos más eficaces para tratar defectos esqueléticos y maxilofaciales resultantes de lesiones o enfermedades.”
Reference:
Liu X, Zanut A, Sladkova‐Faure M, et al. Cost and time effective lithography of reusable millimeter size bone tissue replicas with sub-15 nm feature size on a biocompatible polymer. Advanced Functional Materials. 2021:2008662. doi.org/10.1002/adfm.202008662
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