Miotubos alineados formando andamios electrohilados (electrospun) de matriz extracelular producidos en la Universidad Rice. La tinción con etiquetas fluorescentes muestra la expresión de las células de marcadores miogénicos: desmina (verde), actina (rojo) y núcleos (azul) después de siete días de crecimiento. Crédito: Grupo de Investigación Mikos/Universidad Rice.
Bioingeniería: Andamios bioinspirados ayudan a promover el crecimiento muscular
17 de mayo de 2021 | Historia original de la Universidad Rice
Bioingenieros de la Universidad Rice están fabricando y testeando andamios electrohilados ajustables, completamente derivados de músculo esquelético descelularizado para promover la regeneración del músculo esquelético lesionado.
Su trabajo en Science Advances muestran cómo lograr que la matriz extracelular natural imite al músculo esquelético nativo y dirija la alineación, crecimiento y diferenciación de los miotubos, uno de los bloques de construcción del músculo esquelético. Los andamios bioactivos se fabrican en el laboratorio a través de electrohilado, un proceso de alto rendimiento que puede producir fibras individuales a escala micrométrica.
La investigación podría aliviar la carga de realizar unos 4,5 millones de cirugías reconstructivas al año para reparar las lesiones sufridas por civiles y personal militar.
A diferencia de la propuesta de los investigadores de la Universidad de Rice, los métodos actuales de electrohilado de músculo descelularizado requieren un copolímero para ayudar en la fabricación de andamios.
“La principal innovación es la capacidad de preparar andamios que son 100% matriz extracelular”, comenta el Bioingeniero e investigador principal Antonios Mikos. “Eso es muy importante porque la matriz incluye todos los mecanismos de señalización que son importantes para la formación del tejido en particular."
Los andamios aprovechan las señales bioactivas del músculo descelularizado con las propiedades de material ajustable que se ofrecen a través del electrohilado para crear un material rico en señales bioquímicas y topográficas altamente específicas. El material está diseñado para degradarse ya que es reemplazado por un nuevo músculo dentro del cuerpo.
Los experimentos revelaron que las células proliferan mejor cuando los andamios no están saturados con agentes de entrecruzamiento, lo que les permite acceder a las señales bioquímicas dentro de la matriz de andamio.
El electrohilado permitió a los investigadores modular la densidad del reticulado. Encontraron que el intermedio, condujo a una mejor retención de la alineación de la fibra durante el cultivo celular.
La mayoría de la matriz descelularizada para la regeneración muscular proviene de membranas tan delgadas como la piel o el tejido del intestino delgado. “Pero para el músculo, debido a que es más grueso y complejo, hay que seccionarlo en porciones más pequeñas que los tamaños clínicamente relevantes y las propiedades de los materiales originales se pierden", señala Mollie Smoak, estudiante de posgrado y autora principal del artículo. “Cuando se completa el proceso, éste no se parece al material original”.
“En nuestro caso, el electrohilado fue la clave para fabricar este material muy sintonizable y que se pareciera a lo que fue originalmente”, sostuvo.
“Puede generar fibras altamente alineadas, muy similares a la arquitectura que se encuentra en el músculo esquelético, y con todas las señales bioquímicas necesarias para facilitar la creación de tejido muscular viable”, dijo Mikos.
Mikos manifestó que el uso de materiales naturales en lugar de sintéticos es importante por otra razón. “La presencia de un material sintético y especialmente de los productos de degradación, puede tener un efecto adverso en la calidad del tejido que finalmente se forma”, dijo.
“Para una eventual aplicación clínica, podemos usar músculo esquelético o una matriz de una fuente apropiada porque somos capaces de eliminar de manera muy eficiente el ADN que puede provocar una respuesta inmune. Creemos que eso puede hacer que sea adecuado traducir la tecnología para los seres humanos”.
Smoak dijo que el proceso de electrohilado puede producir andamios musculares de cualquier tamaño, limitados sólo por la maquinaria disponible.
“Tenemos la suerte de colaborar con varios cirujanos, y ellos ven este material como muy prometedor para utilizarlo en aplicaciones musculares craneofaciales, además de las lesiones inducidas por deportes o traumas en músculos grandes”, dijo. “Estos incluirían los músculos de la cara, que son muy delicados y tienen arquitecturas muy precisas y que determinan los procesos de masticación y las expresiones faciales.”
Referencia:
Smoak MM, Hogan KJ, Grande-Allen KJ, Mikos AG. Bioinspired electrospun dECM scaffolds guide cell growth and control the formation of myotubes. Sci Adv. 2021; 7 (20): eabg4123. doi:10.1126/sciadv.abg4123
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