Las lesiones del cartílago son difíciles de reparar. Las opciones quirúrgicas actuales generalmente implican utilizar cartílago bueno para reparar la lesión, pero este enfoque implica utilizar cartílago sano.Bioingenieros están interesados en encontrar formas innovadoras para hacer crecer nuevo cartílago a partir de células madre del propio paciente, y, gracias a un nuevo estudio de la Universidad de Pensilvania, este tratamiento esta un paso más cerca de la realidad.
La investigación fue realizada por el profesor adjunto Jason Burdick del Departamento de Bioingeniería de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y profesor asociado Robert Mauck del Departamento de Cirugía Ortopédica de la Escuela Perelman de Medicina de Penn. Liming Bian y Murat Guvendiren, los miembros del laboratorio de Burdick, también participaron. Ha sido publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
“El panorama general”, Burdick dijo, “estamos tratando de desarrollar nuevas terapias para reemplazar el tejido del cartílago, a partir de defectos, cosas focal como lesiones deportivas, y luego esperamos avanzar hacia el reemplazo de superficie para la degradación del cartílago que viene con el envejecimiento. Aquí, ‘volver a tratar de averiguar el entorno adecuado para que las células madre adultas para producir el mejor cartílago “. “A medida que envejecemos, la salud y la vitalidad de las células del cartílago disminuye”, dijo Mauck, “por lo que la eficacia de cualquier reparación con condrocitos adultos es bastante baja.
Las células madre, que conservan la capacidad vital, por lo tanto ideal.” Burdick y sus colegas han estudiado durante mucho tiempo las células madre mesenquimales, un tipo de célula madre adulta que se encuentra en la médula ósea que es capaz de convertir en el hueso, las células de grasa o cartílago. Su grupo ha estado particularmente interesada en la deducción de las señales microambientales que cuentan estas células que se forma de diferenciar. Un artículo reciente de sus condiciones investigadas grupo que puede coaxial preferentemente estas células madre para convertirlas en cualquiera de las células similares a la grasa o similar al hueso, mientras encapsulado en hidrogeles, redes poliméricas que simulan algunas de las condiciones ambientales en las que las células madre crecen naturalmente.
El primer paso en el crecimiento de nuevo cartílago está iniciando la condrogénesis, o convencer a las células madre mesenquimatosas para diferenciarse en condrocitos, que a su vez generan la matriz esponjosa de colágeno y azúcares que amortigua las articulaciones. Uno de los retos en la que provocó esta diferenciación es que, a pesar de la baja densidad de condrocitos adultos en los tejidos, la formación real de cartílago comienza con células en estrecha proximidad. “En hidrogeles típicas utilizadas en la ingeniería de tejidos de cartílago”, dijo Burdick, “estamos células espaciado aparte, por lo que están perdiendo la señal inicial y la interacción. Ahí es cuando empezamos a pensar en cadherinas, que son moléculas que estas células utilizan para interactuar unos con otros, en particular en el punto de que primero se convierten en condrocitos “.
Para simular que el medio ambiente, los investigadores utilizaron una secuencia de péptido que imita estas interacciones cadherina, que se unen a los hidrogeles utilizados para encapsular las células madre mesenquimales. “A pesar de la relación directa entre las cadherinas y condrogénesis no se conoce completamente,” Mauck dijo, “lo que se conoce es que si a mejorar estas interacciones tempranas durante la formación de los tejidos, se puede hacer más cartílago y, si se les bloquea, se llega muy pobre la formación de cartílago. Lo que este gel no es un truco de la célula para que piense que tiene amigos cercanos “.
Para probar la eficacia de su péptido cadherina-imitación, los investigadores encapsulan las células madre mesenquimales en varios otros tipos de geles: un hidrogel regular con ningún péptido; uno con un no-funcional, revueltos versión del péptido, y uno con el péptido tal como se así como un anticuerpo que bloquea las interacciones cadherina. Después de una semana, las células dentro de los geles que contienen el péptido cadherina exhibieron más marcadores genéticos de la condrogénesis que cualquiera de los controles.
Un segundo experimento implicó geles de crecimiento durante cuatro semanas, tiempo suficiente para que puedan empezar a desarrollar la matriz del cartílago. Esto permitió a los investigadores a realizar pruebas funcionales, tales como someterlos a cargas mecánicas. Encontraron los geles que contienen péptidos realizan más como cartílago natural que los otros geles. Los investigadores también seccionados los geles y los tiñeron para colágeno tipo II y sulfato de condroitina, moléculas que son parte de la matriz del cartílago. Una vez más, los geles que contienen péptidos producen más de estos marcadores de la formación de la matriz que los controles. “Todos juntos”, dijo Burdick, “estos experimentos proporcionan una demostración cabal de que esta señal cadherina puede mejorar la respuesta condrogénesis cuando se presenta de un hidrogel sintético.” “En el futuro,” dijo Mauck, “será importante ver cómo estas decisiones del destino celular principios se traducen en más tiempo la función del tejido término en vivo.”
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