La turbulencia es un factor físico crítico que promueve la producción a gran escala de plaquetas funcionales a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos hiPSC, informan investigadores en Japón el 12 de julio en la revista Celda . La exposición a la energía turbulenta en un biorreactor estimuló las células de médula ósea derivadas de hiPSC llamadas megacariocitos para producir 100 mil millones de plaquetas, fragmentos de células sanguíneas que ayudan a sanar las heridas y previenen el sangrado formando coágulos de sangre. Además, la transfusión de estas plaquetas en dos animaleslos modelos promovieron la coagulación de la sangre y evitaron el sangrado tan bien como las plaquetas de donantes humanos.
"El descubrimiento de la energía turbulenta proporciona un nuevo mecanismo físico y una estrategia de producción ex vivo para la generación de plaquetas que deberían afectar las terapias celulares a escala clínica para la medicina regenerativa", dice el autor principal del estudio Koji Eto, parte del Centro de células iPSInvestigación y aplicación en la Universidad de Kyoto.
La transfusión de sangre es una de las formas más comunes de terapia celular, con casi cinco millones de estadounidenses sometidos a este procedimiento cada año. En el futuro cercano, no se espera que los suministros de sangre de los donantes satisfagan la demanda de los pacientes en varios países. Un factor que contribuye a estoEl problema es la corta vida útil de algunos componentes de la sangre.
En particular, las plaquetas de donantes humanos tienen una vida útil de solo 5 días en los Estados Unidos porque pierden gradualmente su capacidad de agregación y son susceptibles a la contaminación bacteriana. Las transfusiones de plaquetas a veces son necesarias para tratar una afección llamada trombocitopenia, en la que la deficiencia de plaquetasaumenta el riesgo de pérdida de sangre potencialmente mortal. La escasez esperada de plaquetas ha estimulado a los investigadores a buscar fuentes alternativas que no dependan de las donaciones de sangre.
las hiPSC ofrecen un enfoque renovable para producir un número suficiente de plaquetas para transfusiones. Esta técnica consiste en reprogramar epigenéticamente células sanguíneas o de la piel tomadas de donantes humanos a un estado similar a las células madre embrionarias y luego convertir estas células inmaduras en tipos de células especializadas que se encuentranen diferentes partes del cuerpo. Sin embargo, los intentos anteriores para generar plaquetas a partir de megacariocitos derivados de hiPSC no han logrado alcanzar una escala adecuada para la fabricación clínica.
Mientras buscaban una solución a este problema, Eto y sus colaboradores notaron que los megacariocitos derivados de hiPSC producían más plaquetas cuando se rotaban en un matraz que en condiciones estáticas en una placa de Petri. Esta observación sugirió que el estrés físico de la agitación horizontal bajolas condiciones líquidas mejoran la generación de plaquetas. Luego de este descubrimiento, los investigadores probaron un biorreactor basado en una bolsa oscilante seguido de un nuevo sistema microfluídico con una cámara de flujo y múltiples pilares, pero estos dispositivos generaron menos de 20 plaquetas por megacariocito derivado de hiPSC.
Para examinar las condiciones físicas ideales para generar plaquetas, Eto y su equipo luego realizaron estudios de imágenes en vivo de la médula ósea del ratón, el tejido que produce componentes sanguíneos. Estos experimentos revelaron que los megacariocitos liberan plaquetas solo cuando están expuestos a sangre turbulentaEn apoyo de esta idea, las simulaciones confirmaron que el biorreactor y el sistema microfluídico que probaron previamente carecían de suficiente energía turbulenta.
"El descubrimiento del papel crucial de la turbulencia en la producción de plaquetas amplía significativamente las investigaciones anteriores que demuestran que el estrés cortante del flujo sanguíneo también es un factor físico clave en este proceso", dice Eto. "Nuestros hallazgos también muestran que las células iPS no sontodo para la producción de plaquetas. La comprensión de la dinámica de fluidos además de la tecnología de células iPS fue necesaria para nuestro descubrimiento ".
Después de probar exhaustivamente varios dispositivos, los investigadores descubrieron que la producción a gran escala de plaquetas de alta calidad era posible utilizando un biorreactor llamado VerMES. Este sistema consta de dos cuchillas de mezcla de forma ovalada y orientadas horizontalmente que generan niveles relativamente altos de turbulencia pormoviéndose hacia arriba y hacia abajo en un cilindro. Con el nivel óptimo de energía turbulenta y el esfuerzo cortante creado por el movimiento de la cuchilla, los megacariocitos derivados de hiPSC generaron 100 mil millones de plaquetas, suficiente para satisfacer los requisitos clínicos.
Los experimentos de transfusión en dos modelos animales con trombocitopenia mostraron que estas plaquetas funcionan de manera similar a las plaquetas de donantes humanos. Específicamente, ambos tipos de plaquetas promovieron la coagulación sanguínea y redujeron los tiempos de sangrado en un grado comparable después de las incisiones de las venas del oído en conejos y las punciones de la arteria de la cola en ratones.
Actualmente, Eto y su equipo están mejorando su enfoque mediante el diseño de protocolos automatizados, reduciendo los costos de fabricación y optimizando los rendimientos de plaquetas. También están desarrollando plaquetas universales que carecen de proteínas de la superficie celular llamadas antígenos leucocitarios humanos para reducir el riesgo de inmunidadreacciones de transfusión mediadas.
"Esperamos que los ensayos clínicos comiencen dentro de un año o dos", dice Eto. "Creemos que estos hallazgos serán un último paso científico para recibir permiso para ensayos clínicos con nuestras plaquetas".
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Materiales proporcionados por prensa celular . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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