Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un nuevo método que permite potenciar la producción de colágeno a partir de cultivos celulares. Los resultados del estudio, publicados en Scientific Reports podrían aplicarse en el campo de la medicina regenerativa, ya que mejoran el proceso de formación de biomateriales destinados a la regeneración de tejidos dañados o mal formados. Este protocolo se encuentra protegido bajo una patente del CSIC.

Según los investigadores, este nuevo método consigue incrementar la capacidad de las células para producir colágeno e incorporarlo a la matriz extracelular. Mediante un proceso de decelularización o eliminación de los fibroblastos, hemos probado la capacidad de las matrices generadas con este sistema de ejercer como sustrato para el crecimiento y la diferenciación de células madre mesenquimales, capaces de dar lugar a células de hueso o cartílago, es decir, con potencial para ser utilizadas en la regeneración de tejidos dañados o mal formados.

Ingeniería de tejidos

Según Fernando Rodríguez, del Centro de Biología Molecular (centro mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM),  la mayor parte de las células de nuestro organismo se encuentra inmersa en una intrincada red tridimensional denominada matriz extracelular. Este sustrato aporta forma y sostén a las células y establece con ellas una compleja comunicación molecular, de tal manera que ese binomio célula-matriz es el que define las características propias de un tejido. Bajo este concepto, la medicina regenerativa, también conocida como ingeniería de tejidos, desarrolla sistemas basados en la combinación de células y una matriz de soporte adecuada para reparar o reemplazar parcial o totalmente tejidos dañados o alterados, como, por ejemplo, huesos y cartílago, entre otros.

El uso de sustratos nativos, producidos por células, presenta ventajas por su biocompatibilidad con polímeros sintéticos. “Existe un gran interés en el desarrollo de sistemas celulares capaces de producir y depositar componentes de matriz para su uso en regeneración de tejidos. Sin embargo, aunque parece sencillo mantener células en cultivo y dejar que produzcan su propia matriz extracelular, en realidad el proceso es poco eficiente debido a que ciertos componentes enzimáticos presentan baja actividad en los medios de cultivo”, explica Rodríguez.
julio 19/2018 (diariomedico.com)

Los científicos del sector se enfrentan a un desafío fundamental mientras buscan ampliar la escala de la regeneración de tejidos desde pequeñas muestras de laboratorio a tejidos más extensos, incluyendo piezas óseas e incluso órganos completos, para implantarlos en personas y tratar enfermedades o lesiones graves: cómo establecer un sistema vascular que suministre sangre al interior del tejido en desarrollo.

Las actuales técnicas de bioingeniería, incluyendo la impresión 3D, no pueden fabricar la red ramificada de vasos sanguíneos hasta el nivel capilar que se requiere para proporcionar el oxígeno, los nutrientes y las sustancias esenciales que se precisan para un adecuado crecimiento de los tejidos. A fin de solventar este problema, un equipo de investigación multidisciplinar del Instituto Politécnico de Worcester, la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad Estatal de Arkansas en Jonesboro, todas estas instituciones en Estados Unidos, ha decidido recurrir a las plantas. Estos investigadores han explorado la posibilidad de usar plantas descelularizadas como andamios, con capacidad de perfusión, para ingeniería de tejidos.

Las plantas y los animales explotan métodos fundamentalmente diferentes para transportar fluidos, sustancias y macromoléculas, pero existen similitudes sorprendentes en sus estructuras de red vascular. El desarrollo de plantas descelularizadas para servir como andamio abre otro capítulo en una nueva rama de la ciencia que investiga el mimetismo entre lo vegetal y lo animal.

En una serie de experimentos, el equipo de Glenn Gaudette cultivó células cardiacas humanas que podían latir sobre hojas de espinaca a las cuales se despojó de células vegetales. Hicieron fluir fluidos y microesferas parecidas en tamaño a los glóbulos sanguíneos humanos a través de la vasculatura de la espinaca, y sembraron con éxito las venas de esta última con las células humanas que recubren los vasos sanguíneos. Los investigadores pudieron así cultivar células cardíacas que latían sobre tales hojas descelularizadas.

Esto abre la puerta hacia el uso de múltiples hojas de espinaca para hacer crecer capas de músculo cardiaco sano que permitan dar tratamientos médicos avanzados a pacientes que han sufrido ataques al corazón.
abril 3/2017 (noticiasdelaciencia.com)
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Crossing kingdoms: Using decellularized plants as perfusable tissue engineering scaffolds

Mediante un proceso fisiológico llamado eferocitosis -término que viene del latín efferre, que significa “enterrar”, “llevar a la tumba”- las células vivas comen y digieren a las muertas, lo que resulta en la regeneración de los tejidos.

Científicos del Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIB-INTECH), dependiente de la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM) y del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), en Argentina, descubrieron que esas células “carroñeras”, cuando realizan el proceso de eferocitosis, también devoran y degradan a la bacteria patógena Pseudomona aeuroginosa (P. aeuroginosa), que, adherida a las células muertas, es fagocitada junto con ellas.

La investigadora independiente del CONICET y directora del equipo de Interacciones Bacteria- Hospedador del IIB-INTECH, doctora Arlinet Kierbel, explicó que una vez que las células epiteliales engullen a las bacterias estas quedan en vesículas intracelulares que luego se funden con los lisosomas y son degradadas: “La importancia de nuestro trabajo es la eferocitosis como mecanismo de internalización y de eliminación de estas bacterias. Concluimos que las mismas son eliminadas porque su número va disminuyendo”.

Teniendo en cuenta la potencialidad de las células epiteliales, podría pensarse que el organismo puede eliminar las bacterias en todos los casos y sin ningún tipo de ayuda. Sin embargo, hay indicios de que en los pacientes que padecen fibrosis quística el proceso de eferocitosis está dañado y no funciona adecuadamente.

“La P. aeruginosa es la principal causa de muerte de los pacientes con fibrosis quística. Estas bacterias, una vez que ingresan al organismo, forman biofilms que son muy resistentes a los antibióticos. Los pacientes terminan muriendo a causa del daño pulmonar provocado por la permanencia de esos biofilms a lo largo de los años”, advirtió Kierbel.

El Aspergillus fumigatus, es un hongo común que puede conducir al agravamiento de la enfermedad pulmonar en personas con fibrosis quística.

El descubrimiento del equipo de investigación permite soñar con un posible fármaco para tratar a pacientes afectados con esta enfermedad. “El proceso de eferocitosis podría llegar a manipularse farmacológicamente. Es necesario investigar más, pero es posible”, señaló la investigadora.

La bacteria P. aeruginosa es un clásico de las infecciones intrahospitalarias. Se trata de un patógeno que no afecta a personas sanas, protegidas con la barrera más resistente que tiene el cuerpo: la piel, que recubre todos los órganos y que, junto con el sistema inmune, impide el ingreso de agentes patógenos.

Pero esta poderosa barrera no es del todo infranqueable: como la más astuta polizona, la bacteria aprovecha las deficiencias epiteliales, como heridas y quemaduras, para colarse en el organismo y comenzar a causar estragos. Los científicos del IIB-INTECH descubrieron, además, que la P. aeruginosa se adhiere preferencialmente a las células apoptóticas (muertas), que fueron removidas de la barrera epitelial.

“Estos hallazgos pueden ayudar a explicar por qué en ciertos contextos la infección por esta bacteria es exitosa. En heridos y quemados hay un número elevado de células muertas, o sea, está aumentado el sustrato de adhesión de la bacteria. Pero, además, en pacientes con fibrosis quística, no solo hay un número exacerbado de células apoptóticas, sino que no funciona el potencial mecanismo de eliminación de la bacteria”, señaló la doctora.

La investigación se llevó a cabo casi íntegramente en el Instituto, donde los científicos trabajaron con modelos de células epiteliales en cultivo a las que infectaron con P. aeruginosa.

El equipo de trabajo está conformado por la doctora Arlinet Kierbel (investigadora del CONICET), María Victoria Pepe (becaria UNSAM/CONICET), Darío Capasso (becario de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires), Paula Arias (estudiante de grado de la UNSAM) y la doctora Valentina Salzman (investigadora del CONICET). También participaron Jéssica Rossello y Paola Lepanto, del Instituto Pasteur de Montevideo.

El estudio se titula Elimination of Pseudomonas aeruginosa through efferocytosis upon binding to apoptotic cells y fue publicado recientemente por la prestigiosa revista científica PLOS Pathogens.
diciembre 28/2016 (noticiasdelaciencia.com)

La nueva técnica, probada con éxito en ratones, podría transformar los enfoques actuales de la medicina regenerativa, señala un artículo publicado en la Proceedings of the National Academy of Sciences.

Según los científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur, se trata de extraer células grasas de humanos y su tratamiento con 5-Azacitidina y el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF-AB) durante aproximadamente dos días.

Después de estos procedimientos, las células son tratadas con el factor de crecimiento durante dos o tres semanas más, y una vez insertadas en el tejido dañado, se multiplican, promoviendo su crecimiento y curación.

La azacitidina induce la plasticidad de las células, lo cual es imprescindible para su reprogramación y transformación en células madre.

Según la especialista que lidera los ensayos, Ralph Mobbs, la terapia tiene un enorme potencial para tratar el dolor de espalda y de cuello, así como las lesiones en los discos vertebrales y la degeneración de los músculos y articulaciones.

También, añadió Mobbs, podría acelerar la recuperación posquirúrgica tras una operación compleja en la que se requiere la integración de huesos y articulaciones en el cuerpo.

Los autores anunciaron en la publicación científica que los ensayos con seres humanos están previstos para finales de 2017.
abril 7/2016 (PL)

Durante procesos biológicos críticos como el desarrollo embrionario, la respiración, el bombeo del corazón, la curación de heridas o el crecimiento de tumores, millones de células se estiran y se deforman para adaptarse a su entorno. La membrana que envuelve la célula, aunque rígida e inextensible, soporta todas estas deformaciones utilizando un sistema, hasta ahora desconocido, que evita su ruptura.

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), en colaboración con el Instituto de Mecanobiología de Singapur y la Universidad Politécnica de Barcelona (UPC), han descubierto cómo se produce este fenómeno, demostrando que cada vez que una célula se comprime o estira, forma o elimina pequeños pliegues en la membrana que evitan que se rasgue.

Lo fascinante de este sistema es su simplicidad: durante años, multitud de grupos de investigación en todo el mundo han buscado complejos procesos bioquímicos y moleculares para explicar cómo se adapta la membrana. Este estudio, sin embargo, demuestra que, aplicando las leyes de la física y la mecánica, las células pueden adaptarse hasta extremos impensados.

«Dado los continuos cambios de forma celular que ocurren en los procesos cancerígenos o durante la cicatrización de las heridas, las implicaciones que tiene este hallazgo son muy relevantes», explica Pere Roca-Cusachs, investigador principal del IBEC y profesor de la Universidad de Barcelona, que ha liderado el estudio.

«El reto ahora es ver hasta qué punto esta nueva comprensión nos puede permitir interferir en la progresión de tumores, mejorar la regeneración de tejidos o solucionar problemas en enfermedades respiratorias y cardiovasculares», añade.

Respiración y latido del corazón

El estudio, que se publica en la revista Nature Communications, devela cómo el área de la membrana celular puede aumentar o disminuir para acomodar la forma de la célula de forma prácticamente inmediata, lo cual es esencial en procesos vitales como la respiración o el latido del corazón.

«Para realizar este estudio, hemos comprobado la adaptación de las células después de cambiar su área (estirándolas) y su volumen (introduciendo agua en su interior mediante un choque osmótico)», subraya Anita J. Kosmalska, investigadora del IBEC y primera autora del estudio. «En ambos casos, sin necesidad de tener en cuenta la complejidad biológica de las células, las leyes de la mecánica y la física por sí solas son capaces de explicar dónde se forman o eliminan pliegues, qué forma tienen y cómo protegen la membrana celular de su ruptura», concluye.

junio 21/ 2015 (JANO)

Una vez introducido el contexto, Anthony Atala, del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa, en Carolina del Norte, y F. Kurtis Kasper y Antonios G. Mikos, ambos del Departamento de Bioingeniería de la Universidad Rice, en Houston, publican una revisión del estado de la ingeniería tisular en el último número de Science Translational Medicine.

«Para diseñar estas construcciones son necesarios biomateriales, células y otros factores, pero no todos los tejidos son creados de igual forma», han afirmado los autores del trabajo. Las estructuras planas (como es el caso de la piel y la córnea); las tubulares (la uretra); los órganos viscosos, con cavidades y no tubulares (la vagina), y los órganos complejos sólidos (hígado) presentan retos únicos.

En cuanto al primer nivel, el de las estructuras planas, las quemaduras grandes de tercer grado presentan un desafío clínico mayor para la reparación que las pequeñas y superficiales de espesor parcial, porque los vasos sanguíneos y elementos epiteliales regenerativos de la dermis se destruyen en las heridas que abarcan el grosor completo de la piel. Sin embargo, el éxito clínico y comercial se ha logrado con los enfoques de ingeniería de tejidos para la reparación funcional de la piel en varias aplicaciones.

Por el contrario, los resultados funcionales y cosméticos se pueden mejorar a través de los esfuerzos en marcha para reconstruir más completamente con estructuras de ingeniería tisular el estrato complejo; los elementos vasculares, linfáticos y nerviosos; el pigmento; los folículos pilosos y las glándulas secretoras de la piel natural. En el caso de la córnea, las aproximaciones de ingeniería tisular basada en biomateriales se han desarrollado y trasladado a la clínica para permitir la reparación corneal sin la necesidad de tejido donante humano.

La medicina regenerativa ha reproducido con éxito muchos tipos de estructuras tubulares, incluyendo uretra, tráquea y esófago en animales y humanos. En general, las estructuras tubulares consisten en dos tipos diferentes de células dispuestas como capas celulares. Los soportes descelularizados se han utilizado para crear tráqueas. En modelos animales los condrocitos autólogos cultivados a partir de biopsias de cartílago fueron «sembrados» en estructuras de colágeno biodegradables e implantados con éxito en las vías respiratorias superiores. Los condrocitos autólogamente derivados se han diferenciado a partir de células madre mesenquimales de médula ósea, y las células epiteliales se aislaron de una biopsia de mucosa bronquial. Las células se implantaron en la tráquea descelularizada del donante y se cultivaron en un biorreactor.

En las estructuras viscosas, Atala, Kasper y Mikos han repasado los avances en vejiga y vagina. La regeneración de tejido vesical en pacientes se ha logrado con células uroteliales autólogas derivadas y del músculo liso. En modelo de conejo se ha conseguido construir una vagina, y, como consecuencia, hay ensayos clínicos para regeneración vaginal en mujeres.

Por otro lado, varios órganos sólidos han sido descelularizados, seguidos de intentos de recelularización in vivo en modelos animales. Es el caso de órganos renales, hígado, tejido fálico y de células del islote pancreático. Por último, pero no menos importante, en un modelo de roedor, la arquitectura preservada de la matriz extracelular del corazón, incluyendo paredes, válvulas y vasos sanguíneos, se perfundió y se inyectaron células cardiacas neonatales.
noviembre 26/2012 (Diario Médico)

Anthony Atala, F. Kurtis Kasper, Antonios G. Mikos. Engineering Complex Tissues. Sci Transl Med 2012: DOI:10.1126/scitranslmed.3004890.