Imagen: Suturas biológicas: unas hebras tan finas como un cabello recubiertas con células madre (marcadas en rojo y azul) podrían ayudar a curar el corazón. En la última década, los científicos han experimentado con el uso de células madre para curar o reemplazar el tejido cicatrizado resultante después de un ataque al corazón que afecta a su buen funcionamiento. Aunque las células han provocado un cierto nivel de reparación en animales, las pruebas en humanos se han obtenido, en los mejores casos, beneficios moderados o transitorios. Recientemente, un equipo de investigadores ha desarrollado un nuevo tipo de suturas biológicas, hecha de hebras poliméricas infundidas con células madre, que podrían contribuir a superar dos obstáculos importantes de la utilización de células madre para curar el corazón: conseguir colocar las células en el sitio adecuado y mantenerlas en éste el tiempo suficiente para activar la cicatrización.
Un equipo de científicos del Instituto Politécnico Worcester, en Massachusetts, ha demostrado que unas células derivadas de médula ósea humana, conocidas como células madre mesenquimales, pueden sobrevivir en las hebras y mantener su capacidad de diferenciarse en diferentes tipos de células después de ser cosidas a través de una matriz de colágeno que imita el tejido real. Las pruebas preliminares en ratas sugieren que la tecnología ayuda a las células a sobrevivir en el corazón.
"Se trata de un enfoque muy original", afirma Charles Murry, director del Centro para la Biología Cardiovascular de la Universidad de Washington, quien no participó en el estudio. "Poner las células en un hilo--una vez se ha oído, parece simple. Sin embargo, hace 15 años que estoy en este campo, y nunca se me había ocurrido."
Un desafío importante ha sido conseguir que un número adecuado de células permaneciera en el área lesionada. Por ejemplo, en los estudios en seres humanos de inyección de células madre mesenquimales, sólo se mantuvieron en el lugar de la inyección entre un uno y un diez por ciento de las células inyectadas. "Es de suponer que las células serán mucho más felices si tienen algo a qué adherirse que si sólo las colocamos y las dejamos a su suerte", indica Murray. Glenn Gaudette y sus colaboradores del Worcester Polytechnic crearon las suturas con hebras de fibrina, un polímero de proteínas que el cuerpo utiliza para iniciar la curación de heridas y que también es un ingrediente común en la ingeniería de tejidos, del ancho de un cabello,. La tecnología MicroThread fue desarrollada por George Pins, profesor adjunto de bioingeniería en el instituto.
Las hebras son transferidas a un tubo lleno de células madre y una solución de crecimiento; éste tubo gira lentamente, por lo que las células madre se pueden adherir a toda la circunferencia de la sutura. Una vez poblada por las células, la sutura es unida a una aguja quirúrgica.
En dos centímetros de este hilo pueden habitar prácticamente 10.000 células mesenquimales. Los científicos pueden variar el tamaño de las hebras, y la velocidad a la que se desintegra el material, en función de la aplicación.
"Esta nueva técnica ofrece una herramienta maravillosa para la administración de células para la reparación cardíaca y también para problemas eléctricos, donde es posible que se desee crear un nuevo camino eléctrico", destaca Ira Cohen, director del Instituto de Cardiología Molecular de la Universidad Stony Brook en Nueva York. Cohen ha colaborado previamente con Gaudette, pero no participó en este proyecto.
Actualmente, el equipo de Gaudette está estudiando las en ratas, para determinar cuánto tiempo permanecen las células en el lugar de la lesión, y si pueden ayudar a curar los tejidos. Una pregunta que queda por responder es si la tecnología puede ser ampliada para administrar los cientos de millones de células necesarias para reparar la pared del corazón.
Aunque tanto los estudios en animales como los realizados en humanos muestran que las células mesenquimales pueden mejorar la función del corazón, aún no está claro cómo. La idea predominante es que las células, más que formar nuevos tejidos propios, liberan factores de crecimiento y otras moléculas que estimulan el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos. También es posible que señalen a las células residentes que deben comenzar a dividirse con el fin de hacer crecer tejido nuevo.
Los ingenieros de tejidos están desarrollando varios métodos diferentes para la administración de las células madre a un corazón dañado, incluyendo el crecimiento artificial de parches de músculo batiente del corazón. No obstante, Gaudette espera que las suturas biológicas serán más versátiles que los parches, y en última instancia, menos invasivas. Debido a su estructura filiforme, el material tiene el potencial de ser administrado mediante un catéter que pase a través de una vena.
Esta investigación también forma parte de una tendencia mayor de combinar células madre con ingeniería de tejidos y con nuevos biomateriales para ayudar a las células a crecer de forma más natural y para mejorar su tasa de supervivencia una vez implantadas. "Si pensamos en el corazón como un trozo de material dañado--un concepto que creo que está ganando tracción--no vamos a querer introducir células al azar", señala Kenneth Chien, director del Centro de Investigación Cardiovascular del Hospital General de Massachusetts. "Queremos obligar a las células a ir a donde las necesitamos y queremos alinearlas de la manera adecuada." Él compara este enfoque con el de un sastre experimentado que repara un suéter con el mismo hilo y utilizando el mismo tipo de costura como en el material existente.
Aunque el estudio de Gaudette se centrara en las células madre mesenquimales, otros investigadores están persiguiendo un enfoque parecido con otros tipos de células, tales como miocitos cardíacos, los cuales componen el músculo estriado del corazón. "En teoría se podrían fabricar hebras de distintos tipos de células vasculares, células del músculo cardíaco, o tipos múltiples de células", explica Murray. "La mayor limitación consiste en el tamaño del agujero que se puede hacer en el corazón para pasar cables de células a su través".
Un equipo de científicos del Instituto Politécnico Worcester, en Massachusetts, ha demostrado que unas células derivadas de médula ósea humana, conocidas como células madre mesenquimales, pueden sobrevivir en las hebras y mantener su capacidad de diferenciarse en diferentes tipos de células después de ser cosidas a través de una matriz de colágeno que imita el tejido real. Las pruebas preliminares en ratas sugieren que la tecnología ayuda a las células a sobrevivir en el corazón.
"Se trata de un enfoque muy original", afirma Charles Murry, director del Centro para la Biología Cardiovascular de la Universidad de Washington, quien no participó en el estudio. "Poner las células en un hilo--una vez se ha oído, parece simple. Sin embargo, hace 15 años que estoy en este campo, y nunca se me había ocurrido."
Un desafío importante ha sido conseguir que un número adecuado de células permaneciera en el área lesionada. Por ejemplo, en los estudios en seres humanos de inyección de células madre mesenquimales, sólo se mantuvieron en el lugar de la inyección entre un uno y un diez por ciento de las células inyectadas. "Es de suponer que las células serán mucho más felices si tienen algo a qué adherirse que si sólo las colocamos y las dejamos a su suerte", indica Murray. Glenn Gaudette y sus colaboradores del Worcester Polytechnic crearon las suturas con hebras de fibrina, un polímero de proteínas que el cuerpo utiliza para iniciar la curación de heridas y que también es un ingrediente común en la ingeniería de tejidos, del ancho de un cabello,. La tecnología MicroThread fue desarrollada por George Pins, profesor adjunto de bioingeniería en el instituto.
Las hebras son transferidas a un tubo lleno de células madre y una solución de crecimiento; éste tubo gira lentamente, por lo que las células madre se pueden adherir a toda la circunferencia de la sutura. Una vez poblada por las células, la sutura es unida a una aguja quirúrgica.
En dos centímetros de este hilo pueden habitar prácticamente 10.000 células mesenquimales. Los científicos pueden variar el tamaño de las hebras, y la velocidad a la que se desintegra el material, en función de la aplicación.
"Esta nueva técnica ofrece una herramienta maravillosa para la administración de células para la reparación cardíaca y también para problemas eléctricos, donde es posible que se desee crear un nuevo camino eléctrico", destaca Ira Cohen, director del Instituto de Cardiología Molecular de la Universidad Stony Brook en Nueva York. Cohen ha colaborado previamente con Gaudette, pero no participó en este proyecto.
Actualmente, el equipo de Gaudette está estudiando las en ratas, para determinar cuánto tiempo permanecen las células en el lugar de la lesión, y si pueden ayudar a curar los tejidos. Una pregunta que queda por responder es si la tecnología puede ser ampliada para administrar los cientos de millones de células necesarias para reparar la pared del corazón.
Aunque tanto los estudios en animales como los realizados en humanos muestran que las células mesenquimales pueden mejorar la función del corazón, aún no está claro cómo. La idea predominante es que las células, más que formar nuevos tejidos propios, liberan factores de crecimiento y otras moléculas que estimulan el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos. También es posible que señalen a las células residentes que deben comenzar a dividirse con el fin de hacer crecer tejido nuevo.
Los ingenieros de tejidos están desarrollando varios métodos diferentes para la administración de las células madre a un corazón dañado, incluyendo el crecimiento artificial de parches de músculo batiente del corazón. No obstante, Gaudette espera que las suturas biológicas serán más versátiles que los parches, y en última instancia, menos invasivas. Debido a su estructura filiforme, el material tiene el potencial de ser administrado mediante un catéter que pase a través de una vena.
Esta investigación también forma parte de una tendencia mayor de combinar células madre con ingeniería de tejidos y con nuevos biomateriales para ayudar a las células a crecer de forma más natural y para mejorar su tasa de supervivencia una vez implantadas. "Si pensamos en el corazón como un trozo de material dañado--un concepto que creo que está ganando tracción--no vamos a querer introducir células al azar", señala Kenneth Chien, director del Centro de Investigación Cardiovascular del Hospital General de Massachusetts. "Queremos obligar a las células a ir a donde las necesitamos y queremos alinearlas de la manera adecuada." Él compara este enfoque con el de un sastre experimentado que repara un suéter con el mismo hilo y utilizando el mismo tipo de costura como en el material existente.
Aunque el estudio de Gaudette se centrara en las células madre mesenquimales, otros investigadores están persiguiendo un enfoque parecido con otros tipos de células, tales como miocitos cardíacos, los cuales componen el músculo estriado del corazón. "En teoría se podrían fabricar hebras de distintos tipos de células vasculares, células del músculo cardíaco, o tipos múltiples de células", explica Murray. "La mayor limitación consiste en el tamaño del agujero que se puede hacer en el corazón para pasar cables de células a su través".
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