La profesora asistente Alireza Dolatshahi-Pirouz y sus colegas han desarrollado un hidrogel que combina materiales sintéticos con células vivas, y puede convertir las células madre en hueso sin agregar factores externos de crecimiento o diferenciación.

Más del 50 por ciento de las mujeres y el 20 por ciento de los hombres mayores de 50 años experimentarán una fractura ósea durante su vida. Una forma de prevenir estas fracturas, particularmente en las partes más sensibles del esqueleto, es la administración de células madre por medio de un vehículo inyectable. que protege las células en su camino hacia el cuerpo. Usando un enfoque combinatorio sistemático, el equipo de investigación ha probado 63 hidrogeles de nanoingeniería diferentes, e introdujo un biomaterial óptimo que no solo protege las células, pero también facilitan la diferenciación espontánea de las células madre en células óseas. Generalmente factores de crecimiento externos y factores de diferenciación, que puede ser tóxico para el cuerpo y también bastante caro, son necesarios para convertir las células madre en el tipo deseado de células.

Alivio para los pacientes con osteoporosis

La osteoporosis hace que los huesos se vuelvan quebradizos y frágiles debido a la pérdida de densidad. Los pacientes con este tipo de enfermedad podrían beneficiarse en el futuro del hidrogel nano reforzado. Alireza Dolatshahi-Pirouz explica:"El hueso es un tejido dinámico que se construye continuamente, descompuesto y reconstruido en un proceso llamado remodelación. Este proceso está controlado por muchos factores que interactúan, y una vez que se perturba este equilibrio, surge el problema. Cuando envejecemos, este desequilibrio suele ser causado por cambios hormonales, y se intensifica porque nuestras células se vuelven menos efectivas y menos numerosas. La idea detrás de este novedoso sistema es traer un andamio semisintético al cuerpo que atraiga las células madre y proporcione los requisitos para convertirlas en células óseas. y por lo tanto, devolver el equilibrio al ciclo de remodelación ósea ".

Se probaron 63 combinaciones

Para formar el hidrogel, el equipo tiene ácido hialurónico reticulado, que es un carbohidrato que se encuentra en la mayoría de los tejidos humanos y se usa ampliamente en la ingeniería de tejidos. Este hidrogel por sí solo tiene algunos inconvenientes, es quebradizo tiene malas cualidades de soporte de carga, y no puede soportar mucha fuerza externa o golpes.

Para crear un material más resistente y duradero, El ácido hialurónico se combinó con una red de alginato y se reforzó con nanomateriales de arcilla. Tal combinación conduce a un hidrogel mucho más resistente con la rigidez adecuada, que todavía es lo suficientemente poroso para mantener el transporte de nutrientes a través del hidrogel.

Las combinaciones más prometedoras se probaron en términos de su capacidad para formar nuevas células óseas, y los estudios in vitro demostraron que los hidrogeles eran capaces de formar hueso mineralizado en un entorno libre de factores de diferenciación. Los resultados revelaron que cuando estos hidrogeles cargados de células se depositaron en un defecto óseo modelo in vitro, Se produjo una nueva formación de hueso que se adhirió firmemente al defecto óseo. "Creemos que los materiales de nanoarcillas específicos que utilizamos proporcionan la composición mineral requerida, y dar lugar a la transformación de células madre en tejido óseo, "Dice Alireza Dolatshahi-Pirouz.

El siguiente paso

Se están realizando ensayos clínicos con colaboradores en España, donde se implantan hidrogeles libres de células en el cuerpo. La idea es que los hidrogeles atraigan las células madre del cuerpo, y sirven como pequeñas fábricas que producen células madre rejuvenecidas y más eficientes. "También podría ser genial incorporar componentes electrónicos en el hidrogel para monitorear lo que sucede en el cuerpo, por ejemplo en el defecto óseo, y si las cosas no avanzan según el plan, podríamos estimular el hidrogel a través de la interfaz electrónica para atraer más células madre o estimular las células de manera más eficiente. Como tal, crearíamos un ciclo de retroalimentación para monitorear el progreso y estimular el sistema en función de la retroalimentación, ", Agregó la profesora asistente Alireza Dolatshahi-Pirouz.

Los resultados fueron publicados en Materiales e interfaces aplicados de ACS en un artículo titulado "Detección combinatoria de hidrogeles reforzados con nanoarcilla:¿Un vistazo del" Santo Grial "en la terapia con células madre ortopédicas?"