Los ingenieros biomédicos de la Case Western Reserve University están cultivando tráqueas persuadiendo a las células para que formen tres tipos de tejidos distintos después de ensamblarlos en una estructura de tubo, sin depender de las estrategias de andamio que actualmente están investigando otros grupos.
Los ensayos exitosos y la investigación y el desarrollo adicionales podrían algún día permitir a los cirujanos la opción de reemplazar la tráquea dañada o defectuosa con una tráquea de tejido natural completamente funcional tanto en adultos como en niños, dijo Eben Alsberg, profesor de Ingeniería Biomédica y Cirugía Ortopédica y director de laLaboratorio de células madre de Alsberg y terapias novedosas de ingeniería ASCENT en la Universidad Case Western Reserve.
"El enfoque único que estamos adoptando para este problema de daño o pérdida de la tráquea es formar módulos de tejido utilizando las células de un paciente y ensamblarlos como Legos de juguete infantil en un tejido más complejo", dijo Alsberg, quien dirige la investigación.
Este paso hacia la construcción de estructuras vivas de tráquea a partir de módulos autoensamblados se explica en detalle en el número más reciente de ciencia avanzada .
Los coautores incluyen: Marsha Rolle, profesora asociada de ingeniería biomédica del Instituto Politécnico de Worcester en Worcester, Massachusetts; Hannah Strobel, estudiante de posgrado de WPI; Calvin Cotton, profesor de pediatría y fisiología y biofísica en Case Western Reserve; ynueve investigadores del laboratorio de Alsberg, incluidos los coautores Anna Dikina y Daniel Alt.
La investigación fue apoyada por una subvención de $ 1.9 millones del Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas de los Institutos Nacionales de Salud.
El problema
La tráquea, comúnmente llamada tráquea, es la vía aérea entre la laringe y los pulmones. Los pacientes pueden necesitar una tráquea reconstruida debido a la resección del tumor o una lesión que resulta en estenosis traqueal, un estrechamiento o constricción de la tráquea, que inhiberespiración.
El daño o la pérdida del tejido de la tráquea puede poner en peligro la vida o llevar a una calidad de vida significativamente reducida, dijo Alsberg.
Los médicos tienen soluciones limitadas para pacientes con tráquea dañada. Si una porción de la tráquea está dañada, por ejemplo, solo pueden unir quirúrgicamente los extremos si menos de la mitad de la tráquea está dañada en adultos o menos del 30 por ciento en niños.
Otros procedimientos, como la implantación de un stent o simplemente la eliminación del tejido que obstruye las vías respiratorias, ofrecen solo un alivio a corto plazo, ya que el tubo reparado tiende a cerrarse nuevamente después de aproximadamente un año.
Los enfoques recientes de ingeniería de tejidos que utilizan materiales sintéticos o naturales como andamiaje para las células se han enfrentado a desafíos.
Las dificultades han incluido la siembra uniforme de células en el andamio, la recreación de los múltiples tipos de tejido diferentes que se encuentran en la tráquea nativa, la adaptación de la tasa de degradación del andamio para igualar la tasa de formación de tejido nuevo y la recreación de contactos importantes entre las células debido al andamio intermedio.
Mejora de los tratamientos actuales
Sin embargo, la estrategia de ingeniería de tráquea que se está aplicando ahora en Case Western Reserve no tendría esos problemas porque no depende de una estructura de andamio separada, dijo Alsberg.
Según la investigación de Alsberg, un nuevo reemplazo de tráquea debe hacer tres cosas críticas para funcionar correctamente :
Los anillos de autoensamblaje desarrollados por los laboratorios Alsberg y Rolle cumplen los tres requisitos porque pueden fusionarse para formar tubos de cartílago y tipos de tejido "prevasculares". Prevascular se refiere a tejidos potencialmente listos para participar en la formación devasos sanguíneos, aunque aún no funcionan de esa manera.
Los anillos de cartílago se forman agregando células madre derivadas de la médula ósea en pocillos en forma de anillo. Las microesferas poliméricas que contienen una proteína que induce a las células madre a convertirse en "condrocitos", o células que forman cartílago, también se incorporan a los agregados celulares..
Rolle dijo que es la combinación de esas dos cosas, los módulos de anillo de tejido autoensamblados y las microesferas de polímero, lo que "hace posible crear la compleja estructura de múltiples tejidos que forma la tráquea".
Los anillos prevasculares se componen de estas células madre derivadas de la médula ósea y células endoteliales, la capa delgada de células que recubren el interior de los vasos sanguíneos.
Los investigadores luego recubren los tubos con células epiteliales para formar construcciones de tejidos múltiples que satisfacen todos esos requisitos: el cartílago proporciona rigidez, el epitelio cumple la función de inmunoprotección y la red vascular permitiría en última instancia que el flujo sanguíneo alimente e integre la nueva tráqueatejido.
Con este método, Alsberg, Rolle y su equipo han podido diseñar "neotraqueas" altamente elásticas de varios tamaños, incluidos tejidos similares a la tráquea humana. Cuando estas tráqueas se implantaron debajo de la piel en ratones, hubo evidencia de quelas estructuras prevasculares podrían unirse con el suministro vascular del huésped.
"La esperanza es que un cirujano pueda implantar el tubo de tejido en el cuerpo y crecerá y se incorporará al tejido existente", dijo Alsberg. "Estamos entusiasmados con este enfoque, ya que puede tener una amplia aplicabilidad en el fondo.ingeniería de muchos otros tejidos y órganos complejos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Case Western Reserve . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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