Este diagrama muestra cómo los puestos en forma de T de una capa del andamio de tejido pasan a través de los agujeros de una segunda capa. El mecanismo es similar a los ganchos y bucles utilizados para sujetar del Velcro. Crédito Raymond Cheah/ University of Toronto Engineering....
"Una de las principales ventajas es su facilidad de uso", dice el ingeniero biomédico y profesor, Milica Radisic, quien dirigió el proyecto. "Podemos construir grandes estructuras de tejidos de forma inmediata, siempre que se necesiten, y desmontarlos con la misma facilidad. No sé de ninguna otra técnica que dé esta capacidad."
Cultivar células de músculo cardíaco en laboratorio no es nada nuevo. El problema es que demasiado a menudo, estas células no se parecen a las que encontramos en el cuerpo. Las células del corazón real crecen en un entorno repleto de andamios proteínicos y células de apoyo que ayudan a darles forma y robustez para la máquina cardíaca. En contraste, las células cultivadas en laboratorio a menudo carecen de estos soportes, y tienden a ser amorfas y débiles. Radisic y su equipo, se centraron en los ambientes artificiales de ingeniería que imitan más de cerca a lo que ven en las células del cuerpo, dando lugar a células más resistentes y robustas.
Hace un par de años, Radisic y su equipo inventaron el Biowire, donde las células del corazón crecían alrededor de una sutura de seda, imitando la forma en que las fibras musculares reales crecen en el corazón. "Si piensas en una sola fibra como una estructura 1D, entonces el siguiente paso es crear una estructura 2D y luego montar una estructura 3D", señala Boyang Zhang, candidato doctoral en el laboratorio de Radisic. Zhang y Miles Montgomery, otro estudiante de doctorado en el laboratorio, fueron coautores principales del trabajo actual, publicado en Science Advances.
Zhang y sus colegas utilizaron un polímero especial llamado POMaC y crear una malla 2D para que las células crezcan a su alrededor. Es algo similar a un panal de abejas en su forma, excepto que los agujeros no son simétricos, sino que se extienden más en una dirección que en otra. Fundamentalmente, esto proporciona una plantilla que hace que las células se alineen juntas. Cuando son estimuladas con una corriente eléctrica, las células musculares del corazón se contraen al unísono, haciendo que se combe el flexible polímero.
Seguidamente, el equipo unió los puestos en forma de T de la parte superior del panal. Cuando una segunda lámina se coloca por encima, estos puestos actúan como minúsculos ganchos, asomando a través de los agujeros de nido de abeja y haciendo un clic de cierre en su lugar. El concepto es el mismo que los ganchos de plástico y bucles del Velcro, que, a su vez, se basan en las rebabas que las plantas utilizan para enganchar sus semillas a los animales que pasan.Sorprendentemente, las láminas ensambladas comienzan a funcionar casi de inmediato. "Tan pronto como hacen clic, empiezan a latir, y cuando aplicamos la estimulación del campo eléctrico, vemos que laten en sincronía", añade Radisic. El equipo ha creado capas de tejidos hasta tres láminas gruesas en una variedad de configuraciones, incluyendo pequeños tableros de damas.
El objetivo final del proyecto es crear un tejido artificial que podría ser utilizado para reparar corazones dañados. La naturaleza modular de esta tecnología debería hacer más fácil poder personalizar el injerto en cada paciente. "Si uno tiene estos pequeños bloques de construcción, podría construir el tejido adecuado en el momento de la cirugía del tamaño que necesite" comenta. El propio andamiaje del polímero es biodegradable; al cabo de unos pocos meses se romperá gradualmente y será absorbido por el cuerpo.
Lo mejor de todo es que esta técnica no se limita a las células del corazón. "Utilizamos tres tipos de células distintas en este estudio, los cardiomiocitos, fibroblastos y células endoteliales, pero conceptualmente no hay realmente ninguna limitación", asevera Radisic. Esto significa que otros investigadores podrían utilizar estos andamios para construir estructuras en capas que imitan una variedad de tejidos, de hígados o de pulmones. A su vez, estos tejidos artificiales podrían utilizarse para probar nuevos medicamentos en un entorno realista.
Por otra parte, la capacidad de montar y desmontar a voluntad, podría permitir a los científicos obtener más información detallada sobre la respuesta de las células que en la actualidad. "Uno puede tomar una capa media, para ver a qué se parecen las células", especula Radisic. "Posteriormente, podría aplicarse a una molécula que hará la diferenciación, la proliferación o lo que quieras, sólo con esa capa. Luego se pondría de nuevo en el tejido, para ver cómo interactúa con las capas restantes."
El siguiente paso es ponerlo a prueba y ver cómo funciona en un sistema vivo. Radisic y su equipo están colaborando con investigadores médicos a fin de diseñar experimentos de implantación que pondrá el proyecto un paso más cerca de la clínica.
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