El crecimiento de tejido muscular en plataformas ranuradas ayuda a las neuronas a integrarse de manera más efectiva con el músculo, un requisito para diseñar músculo en el laboratorio que responda y funcione como músculo en el cuerpo, según descubrieron investigadores de la Universidad de Illinois en un nuevo estudio.
Tal músculo diseñado con nervios integrados tiene aplicaciones en medicina reconstructiva y de rehabilitación, así como para máquinas o robots biológicos diseñados.
"Con este enfoque, podemos diseñar músculo fuera del cuerpo para que pueda responder como músculo en el cuerpo", dijo el líder del estudio Hyunjoon Kong, profesor de ingeniería química y biomolecular. "Por lo general, las personas simplemente cultivan células musculares sin neuronas".Es bastante sencillo hacer eso. Pero es muy difícil para las neuronas integrarse y comunicarse con el músculo para que sea funcional y sensible ".
Kong co-dirigió el estudio con Rashid Bashir, profesor de bioingeniería y decano de la Facultad de Ingeniería. Bashir y Kong también están afiliados a la Facultad de Medicina Carle Illinois.
El objetivo de los investigadores es crear músculo que responda a los neurotransmisores como responde en el cuerpo, en lugar de depender de la estimulación eléctrica o química adicional. Mientras que otros grupos han demostrado ingeniería muscular con cierta integración nerviosa, llamada inervación, la función y la respuestadel músculo ha sido limitado, dicen los investigadores.
El grupo de Illinois alteró la superficie en la que incubaron el músculo para ver si la topología afectaba el crecimiento muscular, la función o la inervación. Los investigadores cultivaron tejido muscular de ratón en superficies cada vez más estriadas, luego sembraron el músculo con células madre preparadas para convertirse en neuronas y observaroncómo se formaron e integraron los nervios con el músculo.
Descubrieron que en una superficie plana, el tejido muscular carecía de organización y que los nervios no penetraban de manera eficiente. Sin embargo, cuanto más estriada era la superficie, más ordenadas crecían las fibras musculares y más exitosamente se integraban las neuronas con el músculo, dijo el graduadoestudiante Clare Eunkyung Ko, el primer autor del estudio.
"Si piensa en las propiedades fisiológicas del músculo, está muy alineado. Hay muchas fibras agrupadas. El sustrato estriado proporciona un entorno similar a nuestro músculo esquelético natural, por lo que puede ayudar a las células a alinearse y formar hacescomo un músculo real ", dijo Ko." Estos paquetes alineados también guían a las neuronas a medida que se extienden a lo largo y hacia el tejido muscular. Les da un camino para crecer ".
Luego, los investigadores probaron la respuesta del músculo inervado a dos neurotransmisores, sustancias químicas naturales que señalan a las células nerviosas, una que estimula la actividad y otra que la inhibe. Los tejidos que crecen en las superficies ranuradas son los más sensibles.
"Si el músculo y las neuronas funcionan juntas, los músculos deberían contraerse cuando se exponen a la sustancia química que estimula las neuronas, y detenerse cuando se exponen a los inhibidores. Los nuestros hicieron eso", dijo Kong. "Somos los primeros en demostrar quenuestro músculo es funcional y responde a estos químicos mucho mejor que otros ".
Los investigadores planean refinar sus sustratos acanalados en experimentos con células nerviosas y musculares humanas. Esperan desarrollar su enfoque como una plataforma para la detección de drogas y la ingeniería de tejidos para pacientes con daño o lesión muscular.
"Cuando hay daño en el músculo, a menudo también hay una brecha en los nervios. Esto puede hacer que el músculo se debilite y se vuelva más pequeño. Por lo tanto, para el tratamiento de lesiones, es importante dejar que las neuronas vuelvan a inervar el músculo,"Kong dijo." Podríamos usar las propias células de un paciente para diseñar muestras musculares para detectar qué fármacos podrían mejorar la reintroducción de neuronas en el músculo. Podríamos probar una variedad de factores de crecimiento o proteínas y ver cuál sería bueno para la regeneración de los músculos.músculo con las neuronas juntas "
Los investigadores también planean usar el músculo inervado para alimentar máquinas biológicas en miniatura, o bio-bots. El grupo de Bashir ha desarrollado bio-bots alimentados por tejido muscular que responde a la electricidad y la luz, y la integración con las neuronas proporcionaría a las máquinas detección.capacidad que podría proporcionar dirección, por ejemplo, avanzar hacia una toxina ambiental para neutralizarla, dijo Bashir.
"Nuestro objetivo es construir un pequeño circuito neuronal que pueda detectar la concentración química y traducir eso al movimiento", dijo Bashir.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :