Un golpe en la cabeza o una poderosa onda de choque en el campo de batalla pueden causar un daño inmediato y significativo al cráneo y al tejido debajo de él. Pero el trauma no se detiene allí. El impacto desencadena una reacción química en el cerebro que devastaneuronas y las redes que les suministran nutrientes y oxígeno.
Son los efectos secundarios de la lesión cerebral traumática TBI, que pueden conducir a daños cognitivos, psicológicos y motores a largo plazo, lo que despertó el interés de un equipo de ingenieros biomédicos de NJIT. Para contrarrestarlos, están desarrollando unterapia, que se inyectará en el sitio de la lesión, que muestra indicaciones tempranas de que puede proteger las neuronas y estimular la regeneración de los vasos sanguíneos en el tejido dañado.
El desafío, dicen los investigadores, es que las células cerebrales no se regeneran tan bien como otros tejidos, como el hueso, que puede ser una estrategia evolutiva para preservar las conexiones sinápticas que retienen los recuerdos. Hasta la fecha, no existe un tratamiento efectivo pararestaurar las neuronas dañadas. Los mecanismos de protección del cuerpo también dificultan la penetración de la barrera hematoencefálica, lo que dificulta la administración de medicamentos.
"Las células nerviosas responden al trauma produciendo cantidades excesivas de glutamato, un neurotransmisor que en condiciones normales facilita el aprendizaje y la memoria, pero a niveles tóxicos sobreexcita las células, causando su descomposición. La lesión cerebral traumática también puede provocar la activación y el reclutamientode las células inmunes, que causan inflamación que puede conducir a déficits neurales a corto y largo plazo al dañar la estructura alrededor de las células y crear un ambiente inflamatorio crónico ", dice Biplab Sarkar, un becario postdoctoral en ingeniería biomédica y miembro del equipoque presentó este trabajo en una conferencia reciente de la American Chemical Society.
El tratamiento del equipo consiste en una imitación de ependimina creada en el laboratorio, una proteína que se muestra que protege las neuronas después de la lesión, unida a una plataforma de entrega, una cadena de proteínas cortas llamadas péptidos, contenida en un hidrogel, que fue desarrollada por VivekKumar, director del Laboratorio de Desarrollo, Descubrimiento y Entrega de Medicamentos Biomateriales de NJIT Después de la inyección, los péptidos en el hidrogel se vuelven a ensamblar en el sitio de la lesión localizada en un andamio nanofibroso que imita la matriz extracelular, la estructura de soporte para las células. Estos materiales blandos poseen propiedades mecánicas similares.al tejido cerebral, lo que mejora su biocompatibilidad. Promueven la infiltración rápida por una variedad de células madre que actúan como precursores para la regeneración y también pueden proporcionar un nicho biomimético para protegerlas.
Ahora, en ensayos preclínicos con animales, las ratas inyectadas con el hidrogel retuvieron el doble de neuronas funcionales en el sitio de la lesión en comparación con el grupo de control. También formaron nuevas células sanguíneas en la región.
"La idea es intervenir en el momento y lugar correctos para minimizar o revertir el daño. Hacemos esto generando nuevos vasos sanguíneos en el área para restaurar el intercambio de oxígeno, que se reduce en pacientes con LCT, y creando un ambiente"Las neuronas que han sido dañadas en la lesión son compatibles y pueden prosperar", dice Kumar. "Si bien el mecanismo exacto de acción para estos materiales está actualmente en estudio, su eficacia se está haciendo evidente. Sin embargo, nuestros resultados deben ampliarse,en una mejor comprensión de estos mecanismos a nivel celular, así como su eficacia a largo plazo y las mejoras de comportamiento resultantes ".
Los colaboradores James Haorah, profesor asociado de ingeniería biomédica, y su estudiante graduado Xiaotang Ma en el Centro de Biomecánica, Materiales y Medicina de Lesiones de NJIT han demostrado cómo una serie de efectos químicos relacionados con la LCT pueden alterar y destruir la vasculatura cerebral integral en la sangrebarrera cerebral, el borde protector del cerebro, que promueve la inflamación crónica que puede provocar síntomas como el trastorno de estrés postraumático y la ansiedad, entre otros. Su trabajo actual proporciona información sobre la respuesta neuroprotectora y regenerativa potencial guiada por los materiales del laboratorio de Kumar, mientras quefuturos estudios intentarán analizar otros mediadores de la inflamación y el flujo sanguíneo en el cerebro.
El mecanismo de entrega de Kumar es una cadena personalizable, similar a Lego, hecha de proteínas cortas llamadas péptidos, que están compuestos de aminoácidos, con un agente biológico unido en un extremo que puede sobrevivir en el cuerpo durante semanas e incluso meses, donde otros biomaterialesse degradan rápidamente. Sus enlaces de autoensamblaje están diseñados para ser más fuertes que las fuerzas dispersivas del cuerpo; forma fibras estables, sin signos de inflamación, que se incorporan rápidamente en tejidos específicos y colágeno, reclutando células nativas para infiltrarse. El hidrogel, quetambién está compuesto de aminoácidos, está diseñado para desencadenar diferentes respuestas biológicas dependiendo de la carga útil adjunta. Estas plataformas pueden entregar medicamentos y otras cargas pequeñas durante períodos de un día, una semana o un mes. El laboratorio de Kumar ha publicado recientemente una investigación sobre aplicaciones que varíandesde terapias para impulsar o prevenir la creación de nuevas redes de vasos sanguíneos, para reducir la inflamación y combatir los microbios.
"La máxima esperanza es que la entrega localizada de materiales regenerativos pueda proporcionar beneficios significativos para una serie de patologías", señala.
Por ejemplo, el equipo desarrolló recientemente una clase de materiales que pueden ser útiles contra la infección. Estos nuevos péptidos antimicrobianos son capaces de alterar colonias bacterianas densas y han demostrado ser prometedores contra una serie de levaduras. Además, promueven la proliferación de células humanasy actualmente están siendo estudiados para curar heridas. Ese trabajo fue publicado este verano en la revista ACS Biomateriales Ciencia e Ingeniería .
Kumar y su laboratorio han creado otro hidrogel diseñado para reclutar células madre de pulpa dental autólogas propias de una persona directamente a la cavidad desinfectada después de la terapia del conducto radicular. El diente se regeneraría en parte al provocar el crecimiento de los vasos sanguíneos necesarios para soportarel nuevo tejido. Otra terapia basada en péptidos, armada con capacidades antiangiogénicas, se dirige a la retinopatía diabética, una enfermedad ocular que afecta a más de 90 millones de personas en todo el mundo. Las personas con la enfermedad forman vasos sanguíneos inmaduros en la retina, obstruyendo su visión. El hidrogel puedeinyectarse directamente en el gel vítreo del ojo, donde el péptido interactúa con las células endoteliales en los vasos sanguíneos aberrantes, causando su muerte.
"Los biomateriales convencionales utilizados en la regeneración de tejidos sufren una variedad de problemas con el parto, la retención y la biocompatibilidad, lo que puede conducir al rechazo del huésped", dice Kumar. "Estamos tratando de abordar estos problemas con una tecnología diseñada para seruniversal en su aplicación, entregando materiales que persisten en el tejido y promueven sus efectos biológicos por largos períodos de tiempo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Nueva Jersey . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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