Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han encontrado un componente crítico para el crecimiento de los tejidos musculares autocurativos a partir del músculo adulto: el sistema inmunitario. Se espera que el descubrimiento en ratones desempeñe un papel importante en el estudio de las enfermedades musculares degenerativas y en la mejora de la supervivencia de la ingeniería.injertos de tejido en futuras aplicaciones de terapia celular.
Los resultados aparecieron en línea el 1 de octubre en Ingeniería biomédica de la naturaleza .
En 2014, el grupo dirigido por Nenad Bursac, profesor de ingeniería biomédica en Duke, debutó con el primer músculo esquelético autocurativo y cultivado en laboratorio. Se contrajo poderosamente, se integró rápidamente en ratones y demostró la capacidad de curarse a sí mismo en el interiorel laboratorio y dentro de un animal.
El hito se logró al tomar muestras de músculo de ratas de solo dos días de edad, eliminar las células y "plantarlas" en un entorno hecho en laboratorio perfectamente adaptado para ayudarlas a crecer. Además de un andamiaje tridimensional y muchos nutrientes, este entorno apoyó la formación de nichos para las células madre musculares, conocidas como células satélite, que se activan tras una lesión y ayudan al proceso de regeneración.
Sin embargo, para aplicaciones potenciales con células humanas, las muestras musculares se tomarían principalmente de donantes adultos en lugar de recién nacidos. Muchas enfermedades musculares degenerativas no aparecen hasta la edad adulta, y el crecimiento del músculo en el laboratorio para evaluar las respuestas a los medicamentos para estos pacientes se beneficiaríadel uso de las propias células adultas del paciente.
Solo hay un problema: los tejidos musculares adultos fabricados en laboratorio no tienen el mismo potencial regenerativo que el tejido neonatal.
"Pasé un año explorando métodos para diseñar tejidos musculares a partir de muestras de ratas adultas que se curarían por sí solas después de una lesión", dijo Mark Juhas, un ex estudiante de doctorado de Duke en el laboratorio de Bursac que dirigió tanto la investigación original como la nueva.
"Agregar varios medicamentos y factores de crecimiento que se sabe que ayudan a la reparación muscular tuvo poco efecto, así que comencé a considerar agregar una población de células de apoyo que pudiera reaccionar a las lesiones y estimular la regeneración muscular", dijo Juhas. "Así es como se me ocurrieron los macrófagos, las células inmunes requeridas para la capacidad muscular de auto repararse en nuestros cuerpos "
Los macrófagos son un tipo de glóbulo blanco en el sistema inmunológico del cuerpo. Literalmente traducido del griego como "grandes comedores", los macrófagos engullen y digieren los desechos celulares, los patógenos y cualquier otra cosa que no creen que debería estar dando vueltas a la vez que secretan factoresque apoyan la supervivencia y reparación de tejidos.
Después de una lesión muscular, aparece una clase de macrófagos en la escena para limpiar los restos que quedan, aumentar la inflamación y estimular otras partes del sistema inmunitario. Una de las células que reclutan es un segundo tipo de macrófago, denominado M2,eso disminuye la inflamación y fomenta la reparación de los tejidos. Si bien estos macrófagos antiinflamatorios se habían utilizado antes en terapias de curación muscular, nunca se habían integrado en una plataforma destinada a desarrollar tejidos musculares complejos fuera del cuerpo.
Juhas tardó varios meses más de trabajo en descubrir cómo incorporar los macrófagos en el sistema. Pero una vez que lo hizo, los resultados cambiaron drásticamente. No solo los nuevos tejidos musculares se desempeñaron mejor en el laboratorio, sino que también funcionaron mejor cuando se injertaronen ratones vivos
"Cuando dañamos el músculo de ingeniería derivado del adulto con una toxina, no vimos una recuperación funcional y las fibras musculares no se reconstruyeron", dijo Bursac, quien es codirector de la iniciativa Duke's Regeneration Next ". Pero después de que agregamoslos macrófagos en el músculo, tuvimos un momento increíble. El músculo volvió a crecer durante 15 días y se contrajo casi como lo hizo antes de la lesión. Fue realmente notable ".
El éxito parece provenir principalmente de los macrófagos que actúan para proteger las células musculares dañadas de la apoptosis - muerte celular programada. Mientras que las células musculares recién nacidas resisten naturalmente la necesidad de tirar la toalla, las células musculares adultas necesitan los macrófagos para ayudarlos a avanzardaño sin entrar en la muerte celular. Estas fibras musculares sobrevivientes proporcionan un "andamio" para que las células madre musculares se adhieran para realizar sus tareas regenerativas.
Bursac cree que el descubrimiento puede conducir a una nueva línea de investigación para posibles terapias regenerativas. Según una teoría popular, los tejidos fetales y del recién nacido son mucho mejores en curación que los tejidos adultos, al menos en parte debido a un suministro inicial de tejido residentemacrófagos que son similares a los macrófagos M2. A medida que las personas envejecen, este suministro original de macrófagos se reemplaza por macrófagos menos regenerativos y más inflamatorios que provienen de la médula ósea y la sangre.
"Creemos que los macrófagos en nuestro sistema muscular diseñado pueden comportarse más como los macrófagos residentes en los músculos con los que nacen las personas", dijo Bursac. "Actualmente estamos trabajando para entender si este es realmente el caso. Entonces podríamos imaginar"entrenar a los macrófagos para que sean mejores sanadores en un sistema como el nuestro o aumentarlos mediante modificaciones genéticas y luego implantarlos en sitios dañados en pacientes ".
Ese trabajo es, por supuesto, todavía años en el futuro. Si bien este estudio también mostró que los macrófagos humanos apoyan la curación del músculo de rata cultivado en laboratorio, y el trabajo separado en el grupo de Bursac ha desarrollado músculos humanos complejos que contienen macrófagos, no haysin embargo, es un buen laboratorio o sistema animal para probar los poderes regenerativos que este enfoque puede tener en los humanos.
"Construir una plataforma para probar estos resultados en tejidos humanos diseñados es un claro paso siguiente", dijo Bursac. "En la misma línea, queremos comprender mejor los posibles roles que los macrófagos dentro del músculo muscular diseñado juegan en su vascularización e inervación después deimplantación. Esperamos que nuestro enfoque de suplementar los músculos cultivados en laboratorio con células del sistema inmunitario resulte ser una estrategia general para aumentar la supervivencia y la función de otros tejidos cultivados en laboratorio en futuras terapias de regeneración ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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