La ingeniería de tejidos podría transformar la medicina. En lugar de esperar que nuestros cuerpos vuelvan a crecer o reparen el daño después de una lesión o enfermedad, los científicos podrían desarrollar tejidos complejos y completamente funcionales en un laboratorio para trasplantarlos a pacientes.
Las proteínas son clave para este futuro. En nuestros cuerpos, las señales de proteínas le dicen a las células dónde ir, cuándo dividirse y qué hacer. En el laboratorio, los científicos usan proteínas para el mismo propósito: colocar proteínas en puntos específicos dentro o dentro deandamios diseñados, y luego usando estas señales de proteínas para controlar la migración, división y diferenciación celular.
Pero las proteínas en estos entornos también son frágiles. Para lograr que se adhieran a los andamios, los investigadores han modificado tradicionalmente las proteínas utilizando químicos que eliminan más del 90% de su función. En un artículo publicado el 20 de mayo en la revista Materiales de la naturaleza , un equipo de investigadores de la Universidad de Washington reveló una nueva estrategia para mantener las proteínas intactas y funcionales modificándolas en un punto específico para que puedan ser atadas químicamente al andamio usando luz. Dado que la correa también puede ser cortada porluz láser, este método puede crear patrones evolutivos de proteínas de señal a lo largo de un andamio de biomaterial para cultivar tejidos formados por diferentes tipos de células.
"Las proteínas son los últimos comunicadores de información biológica", dijo el autor correspondiente Cole DeForest, profesor asistente de ingeniería química y bioingeniería de la Universidad de Washington, así como investigador afiliado del Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa de la Universidad de Washington. "Conducen virtualmentetodos los cambios en la función celular: diferenciación, movimiento, crecimiento, muerte "
Por esa razón, los científicos han empleado proteínas durante mucho tiempo para controlar el crecimiento celular y la diferenciación en la ingeniería de tejidos.
"Pero las químicas más utilizadas por la comunidad para unir proteínas a materiales, incluidos los andamios para la ingeniería de tejidos, destruyen la abrumadora mayoría de sus funciones", dijo DeForest, quien también es miembro de la facultad en el Instituto de Ciencias de Ingeniería y Moleculares de la Universidad de Washington."Históricamente, los investigadores han intentado compensar esto simplemente sobrecargando el andamio con proteínas, sabiendo que la mayoría de ellos estarán inactivos. Aquí, hemos encontrado una forma generalizable de funcionalizar los biomateriales de forma reversible con proteínas mientras se preserva su actividad completa"."
Su enfoque utiliza una enzima llamada sortase, que se encuentra en muchas bacterias, para agregar un péptido sintético corto a cada proteína señal en una ubicación específica: el C-terminal, un sitio presente en cada proteína. El equipo diseña ese péptidoque unirá la proteína señal a ubicaciones específicas dentro de un andamio de biomaterial lleno de líquido común en la ingeniería de tejidos, conocido como hidrogel.
Apuntar a un solo sitio en la proteína señal es lo que distingue el enfoque del equipo UW. Otros métodos modifican las proteínas señal al unir grupos químicos a ubicaciones aleatorias, lo que a menudo interrumpe la función de la proteína. Modificar solo el extremo C de la proteína es muchoEs menos probable que interrumpa su función, según DeForest. El equipo probó el enfoque en más de media docena de diferentes tipos de proteínas. Los resultados muestran que modificar el C-terminal no tiene un efecto significativo en la función de la proteína, y ata con éxito las proteínas en todo elhidrogel.
Su enfoque es análogo a colgar una obra de arte enmarcada en una pared. En lugar de clavar clavos al azar a través del vidrio, el lienzo y el marco, pasan un solo cable por la parte posterior de cada marco para colgarlo en la pared.
Además, las ataduras pueden cortarse por exposición a la luz láser enfocada, causando "fotorelease" de las proteínas. El uso de este sable de luz científico permite a los investigadores cargar un hidrogel con muchos tipos diferentes de señales de proteínas, y luego exponer el hidrogela la luz láser para liberar las proteínas de ciertas secciones del hidrogel. Al exponer selectivamente solo porciones de los materiales a la luz láser, el equipo controló dónde las señales de proteínas permanecerían atadas al hidrogel.
La unión de proteínas es útil en hidrogeles porque las células podrían tomar esas señales y llevarlas al interior de la célula, donde pueden afectar procesos como la expresión génica.
El equipo de DeForest probó el proceso de fotorelease utilizando un hidrogel cargado con factor de crecimiento epidérmico, un tipo de señal de proteína. Introdujeron una línea celular humana en el hidrogel y observaron los factores de crecimiento que se unen a las membranas celulares. El equipo usó un haz de láserluz para desatar las señales de proteínas en un lado de una célula individual, pero no en el otro lado. En el lado de la célula, las proteínas se quedaron en el exterior de la célula ya que todavía estaban pegadas al hidrogel., las señales de proteínas fueron internalizadas por la célula.
"Según la forma en que apuntamos a la luz láser, podemos asegurarnos de que diferentes células, o incluso diferentes partes de células individuales, estén recibiendo diferentes señales ambientales", dijo DeForest.
Este nivel único de precisión dentro de una sola célula no solo ayuda con la ingeniería de tejidos, sino también con la investigación básica en biología celular, agregó DeForest. Los investigadores podrían usar esta plataforma para estudiar cómo las células vivas responden a múltiples combinaciones de señales de proteínas, por ejemplo.Esta línea de investigación ayudaría a los científicos a comprender cómo las señales de proteínas trabajan juntas para controlar la diferenciación celular, sanar el tejido enfermo y promover el desarrollo humano.
"Esta plataforma nos permite controlar con precisión cuándo y dónde se presentan señales de proteínas bioactivas a las células dentro de los materiales", dijo DeForest. "Eso abre la puerta a muchas aplicaciones interesantes en ingeniería de tejidos e investigación terapéutica".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por James Urton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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