El papel es el núcleo de un dispositivo experimental desarrollado por bioingenieros de la Universidad de Rice para estudiar las enfermedades cardíacas.
Están utilizando estructuras de papel que imitan la naturaleza en capas de las válvulas aórticas, los tejidos duros y flexibles que mantienen la sangre fluyendo a través del corazón en una sola dirección. Los dispositivos permiten a los ingenieros estudiar en detalle cómo las enfermedades calcificantes disminuyen o se detienen.corazones de funcionar.
El trabajo del equipo de la Escuela de Ingeniería Brown, detallado en Acta Biomaterialia , muestra que el colágeno 1, una proteína natural y un componente de la matriz extracelular fibrosa de las válvulas, parece tener una fuerte asociación con la calcificación cuando se encuentra fuera de su dominio habitual. Las válvulas endurecidas por depósitos de calcio son menos flexibles y pierden sucapacidad para sellar las cámaras del corazón.
"Cuando los tejidos producen mucho colágeno tipo 1 en exceso, se llama fibrosis", dijo la bioingeniera de Rice Jane Grande-Allen, quien dirigió el estudio con la estudiante graduada de Rice y autora principal Madeline Monroe. "La fibrosis puede ocurrir en muchos tipos de tejidosy acompaña a la enfermedad de la válvula aórtica calcificada CAVD. Eso no significa necesariamente que el colágeno siempre cause CAVD, pero definitivamente impulsó el fenotipo ligado a la calcificación en las células que cultivamos ".
El colágeno generalmente permanece en la capa de fibrosa de la válvula, una de tres en cada una de las tres valvas que forman una válvula aórtica las otras capas son la esponjosa y la ventricularis. Los investigadores prepararon capas de papel para soportar las células de la válvula cardíaca incrustadas enya sea colágeno o hialuronano, y descubrió que cuando las proteínas de colágeno 1 están presentes en múltiples capas, las células se comportan de una manera que finalmente conduciría a lesiones mineralizadas.
Grande-Allen dijo que las capas de matriz extracelular en una válvula aórtica sana están bien definidas. "En un estado más patológico, el colágeno no está localizado", dijo. "Está esparcido. Nuestros modelos sugieren que el colágeno no localizado podríacontribuyen a la sobreexpresión celular de estos factores calcificantes ".
Los investigadores de Rice quieren saber cómo sucede eso. Necesitaban una forma de ver cómo reaccionarían las células de la válvula a la propagación del colágeno a través de un tejido tridimensional, y el papel de filtro común resultó ser un sustituto adecuado. Lo que hicieronno parece una válvula cardíaca, pero actúa efectivamente como una para mostrar cómo las células proliferan a través de las capas de una válvula.
La enfermedad de las válvulas cardíacas aún no se puede tratar con una píldora, dijo Grande-Allen, quien ha estudiado la enfermedad de las válvulas durante gran parte de su carrera y ha informado sobre cultivos en papel en 2015. Los remedios actuales a menudo implican el reemplazo de la válvula cono tejido de un donante animal o una válvula mecánica. Pero la capacidad de modelar y manipular con precisión todas las capas de una válvula podría ayudar a descifrar las transacciones químicas en las enfermedades cardíacas. Dijo que, eventualmente, podría conducir a medicamentos no invasivos.
"El primer paso ha sido desarrollar modelos que imiten la forma en que se comportan las células en las válvulas", dijo Grande-Allen. "El siguiente paso sería verlas realmente calcificarse. Una vez que esté en nuestras manos, podemos comenzar a probarquímicos que bloquearían el proceso de calcificación ".
Monroe, con la coautora y estudiante de Rice Rebecca Nikonowicz y la ayuda inicial del ex alumno Matthew Sapp, se inspiraron en los cultivos de papel de filtro de células en geles en pozos utilizados en la Universidad de Harvard para estudiar la hipoxia en células de cáncer de pulmón.
El laboratorio de Rice comenzó con soportes de polímero de impresión 3D con arreglos de orificios. Estos mantenían en su lugar capas de papel que habían sido impregnadas con un patrón de cera para eliminar la diafonía entre los círculos abiertos de papel de filtro. Luego, los círculos se saturaron con varioscombinaciones de colágeno fibroso 1, hialuronano que normalmente se encuentra en la capa esponjosa y millones de células cardíacas vivas, y las hojas se presionaron juntas dentro de los soportes.
"Este sistema de modelado nos brinda un control completo sobre muchas variables diferentes", dijo Monroe. Pudimos crear distintas pilas con diferentes composiciones según los componentes que colocamos en cada capa. Teníamos pilas donde estaban todas las capastodo hialuronano, o todo colágeno, o pilas heterogéneas con ambos tipos de capas.
"Eso nos permitió ver si las células se comportaban de manera diferente cuando había un aumento en la cantidad de capas de colágeno", dijo.
Monroe evaluó el comportamiento de las células a lo largo del tiempo mediante el análisis de los marcadores de proteínas que expresaban, en particular la alfa actina del músculo liso aSMA, un factor de transcripción 2 relacionado con Runt RunX2 y SRY-box 9 Sox9, todos los cualesson indicadores de CAVD. El uso de un método de tinción y escaneo de alto rendimiento con los grupos de pozos le permitió recopilar rápidamente datos de docenas de estructuras.
Los datos les permiten ver que las células intersticiales valvulares, el tipo de célula valvular aórtica principal y normalmente estable, se volvieron más susceptibles a la osteogénesis endurecimiento en presencia de más capas que contienen proteína de colágeno.
"El modelo de papel es ingenioso porque nos permite esa versatilidad y flexibilidad", dijo Grande-Allen. "No conozco otro método que nos permita unir diferentes capas fácilmente, cultivar las combinaciones y luego tomarsepararlos y analizarlos tan rápidamente ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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