Investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago y la Universidad de Pensilvania han desarrollado una técnica única que utiliza células madre y placas flexibles estabilizadoras de huesos implantables para ayudar a acelerar la curación de roturas o defectos grandes.
La técnica permite que las células madre aplicadas a los sitios de ruptura experimenten algo de estrés mecánico, como lo hacen en el desarrollo de embriones. Estas fuerzas pueden ayudar a alentar a las células madre a diferenciarse en cartílago y hueso, así como alentar a otras células en el hueso a regenerarse.
Sus hallazgos se informan en la revista Medicina traslacional de la ciencia .
Las células madre necesitan señales ambientales para diferenciarse en células que forman tejidos únicos. Las células madre que dan origen al hueso y al cartílago están sujetas a fuerzas mecánicas durante el desarrollo y la curación, explicó Eben Alsberg, profesor de Bioingeniería y Ortopedia de Richard and Loan Hillen la Universidad de Illinois en Chicago y un autor principal del artículo.
Cuando un hueso sana, las células madre en la médula cerca del sitio de ruptura se convierten primero en células de cartílago y luego en células óseas, en última instancia, tejen juntas la ruptura. Cuando hay grandes espacios entre los huesos rotos o deformados, se aplican células madre adicionales para romper los sitiospuede ayudar a que los huesos sanen más rápido ya sea participando activamente en el proceso regenerativo o estimulando la formación de hueso por las células vecinas.
Pero para usar células madre para la regeneración ósea, deben enviarse al sitio del defecto y diferenciarse adecuadamente para estimular la reparación.
Alsberg y sus colegas desarrollaron una preparación única de las células que se pueden manejar y manipular fácilmente para la implantación y que respalda los eventos de diferenciación celular que ocurren en el desarrollo del hueso embrionario.
En la preparación de Alsberg, las células madre se cultivan para que se unan entre sí para formar láminas o tapones. La preparación también contiene micropartículas de gelatina cargadas con factores de crecimiento que ayudan a las células madre a diferenciarse. Estas láminas o tapones se pueden manipular e implantary reducir la tendencia de las células a alejarse. Alsberg llama a estos materiales "condensados".
En estudios anteriores, Alsberg y sus colegas utilizaron condensados en un modelo de roedor para ayudar a curar defectos óseos en el cráneo. Vieron que los condensados permanecieron en su lugar y pudieron mejorar la velocidad y el alcance de la regeneración ósea.
Más recientemente, Alsberg se asoció con Joel Boerckel, profesor asistente de cirugía ortopédica y bioingeniería en Penn Medicine y autor principal del artículo, para llevar la idea un paso más allá.
Boerckel ha desarrollado un "fijador" único y flexible. Los fijadores, como los conocen los cirujanos ortopédicos, generalmente son placas o barras de metal rígidas que se usan para estabilizar los huesos en los sitios de rotura. Este tipo de fijadores minimiza la cantidad de estrés mecánicorompe la experiencia ya que se están curando
El fijador flexible de Boerckel permitiría que las células en los condensados de Alsberg experimenten las fuerzas de compresión que son críticas para estimular la formación mejorada de cartílago y hueso.
Los investigadores usaron un modelo de rata para determinar cómo las fuerzas mecánicas presentes dentro de los defectos óseos afectaron la capacidad de los condensados para contribuir a la regeneración ósea. Cuando los investigadores usaron láminas de condensado junto con un fijador flexible en ratas con un defecto en su fémur, ellosvimos que había una mejor curación y que los huesos tenían una mejor función mecánica en comparación con las ratas de control que recibieron condensados y fijadores rígidos y tradicionales.
"Los dispositivos y técnicas que desarrollamos a partir de esta investigación también podrían influir en la forma en que implementamos la fisioterapia después de una lesión", dijo Boerckel. "Nuestros hallazgos respaldan el paradigma emergente de 'rehabilitación regenerativa', un concepto que combina los principios de la fisioterapia ymedicina regenerativa. Nuestros objetivos son comprender cómo los estímulos mecánicos influyen en el comportamiento celular para impactar mejor los resultados del paciente sin medicamentos o dispositivos adicionales ".
Anna McDermott, Devon Mason y Joseph Collins de la Universidad de Pensilvania; Samuel Herberg y Rui Tang de la Universidad Case Western Reserve; Hope Pearson y James Dawahare de la Universidad de Notre Dame; Amit Patwa y Mark Grinstaff de la Universidad de Boston y DanielKelly del Trinity College de Dublín son coautores del artículo.
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Naughton; la subvención del Instituto de Ciencias Clínicas y Traslacionales de Indiana 16SDG31230034; la subvención de la National Science Foundation 1435467; Subvenciones del Instituto Nacional de Artritis y Enfermedades Musculoesqueléticas y de la Piel R01 AR066193, R01 AR063194 y R01 AR069564; Instituto Nacionalde la subvención de Biomedical Imaging & Bioengineering R01 EB023907; subvención del Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial 5F32DE024712; Premio del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre T3HL134622, y el premio del Programa de Comercialización de Investigación Biomédica de Ohio TECG20150782.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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