Un material basado en un producto natural de huesos y cítricos, llamado citrato, proporciona la energía adicional que las células madre necesitan para formar tejido óseo nuevo, según un equipo de bioingenieros de Penn State. Su nueva comprensión del mecanismo que permite el citratoayudar a la regeneración ósea ayudará a los investigadores a desarrollar andamios de liberación lenta, biodegradables y liberadores de citrato para actuar como plantillas de crecimiento óseo para acelerar la curación en el cuerpo.
"En nuestro laboratorio, hemos estado trabajando con citrato durante más de una década", dijo Jian Yang, profesor de ingeniería biomédica, Penn State. "Sabíamos que en el cuerpo humano, el 90 por ciento del citrato orgánico se encuentra en el tejido esquelético". Pero nadie realmente había tratado de usar el citrato como bloque de construcción para fabricar biomateriales óseos. Nuestro nuevo artículo trata de comprender cómo el citrato ayuda en la curación ósea y utiliza la comprensión para guiar el diseño de nuevos biomateriales biomiméticos para una mejor reparación ósea ".
El periódico del equipo publica hoy 26 de noviembre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
El autoinjerto - tomar hueso de otra parte del cuerpo del paciente e injertarlo en la herida - es el método más utilizado para la regeneración ósea en un hospital. No siempre es un método adecuado, especialmente en el caso de heridas grandeso tejido óseo extraído durante el tratamiento del cáncer.
Los biomateriales sintéticos serían un reemplazo bienvenido y muchos laboratorios están trabajando para desarrollarlos. Pero los materiales sintéticos actuales causan inflamación significativa, y la tasa de curación ósea es lenta y la calidad de curación es deficiente. El cuerpo encapsula el implante con tejidos fibróticos que mantienen elimplante que se integra con el hueso circundante. Con el material de Yang, los investigadores no ven la encapsulación y la inflamación crónica es mínima.
Chuying Ma, una estudiante de doctorado en el laboratorio de Yang, es la autora principal del artículo. A Ma se le dio el problema de descubrir el mecanismo poco conocido que subyace al uso de citrato en el cuerpo para regenerar el hueso. Descubrió que la membrana de las células madre tiene un transportadorque se utiliza para transportar el citrato a la célula para elevar el nivel de energía celular. Cuando las células madre del hueso se diferencian para producir nuevas células óseas, requieren más energía como soporte para la formación activa del hueso. El momento y la dosis del suministro de citrato a las células madre sontambién crítico. Yang y Ma acuñaron el efecto citrato recientemente identificado sobre la diferenciación de células madre como "regulación metabonegenic" en el documento.
El equipo también identificó un segundo factor involucrado en la producción de energía, un aminoácido llamado fosfoserina. Con su nueva comprensión del mecanismo para el crecimiento óseo, desarrollaron un biomaterial que incorpora citrato y fosfoserina y lo probaron en modelos de ratas.
"Usando nuestro nuevo material, vemos la deposición temprana de hueso nuevo en un mes", dijo Ma. "Esto es mucho antes que los biomateriales ampliamente utilizados en dispositivos aprobados por la FDA. En este estudio probamos dos modelos, el femoraldefectos del hueso cóndilo y del hueso craneal "
En ambos modelos animales vemos que el nuevo biomaterial es mejor que los materiales comerciales para inducir la formación ósea temprana y también promover la maduración ósea, según Ma. "Para mí, este es un hallazgo importante", dijo Yang, quien es una facultadmiembro del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State y los Institutos Huck de Ciencias de la Vida. "El citrato ahora es reconocido como un enlace central entre el metabolismo y la diferenciación de las células madre. Estamos descubriendo el mecanismo por el cual el citrato influye en la actividad de las células madre, no solo en los huesos, sino también en los huesos.por implicación se extiende a otros tipos de células y tejidos. Por ejemplo, hay una alta concentración de citrato en el líquido cefalorraquídeo que rodea el cerebro. Las personas ahora pueden usar esta comprensión para comenzar a mirar el citrato como un regulador del metabolismo para regular aún más las células madre.otros tipos de tejidos y órganos en todo el cuerpo "
Junto con Yang y Ma, otros autores en el documento, "Los materiales a base de citrato alimentan las células madre humanas por regulación metabólica", son Jimin Kim, Dingying Shan, QiaolingLin y Maria Hudock, todos estudiantes actuales o anteriores en el laboratorio de Yang; yXinggui Tian, Denghui Xie, Xiang Ao y Xiaochun Bai, todos de la Universidad Médica del Sur, China. Los Institutos Nacionales de Salud, un Premio de Investigación de la Fundación de Fibrosis Quística y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China apoyaron esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Walt Mills. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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