Un nuevo método para manipular los entornos gelatinosos que albergan las células madre podría ayudar a los investigadores a dirigir el crecimiento de estas células versátiles al hueso. tendón, tejido u otros linajes específicos, dice un ingeniero biomédico de la Universidad de Texas A&M que ha desarrollado el enfoque.
Trabajando con hidrogeles a base de colágeno, que son geles biodegradables utilizados en una serie de aplicaciones biomédicas debido a su compatibilidad con el cuerpo y sus procesos, Akhilesh Gaharwar ha desarrollado un método para modular su rigidez sin afectar la química o la estructura, un resultado que podría tener importantes implicaciones para la investigación con células madre. Gaharwar, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica de la universidad, ha publicado sus hallazgos en la revista científica ACS Nano . Se puede acceder al artículo completo en pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b03918.
Específicamente, Gaharwar ha podido aumentar la rigidez de un hidrogel en 10 veces y su tenacidad en 20 veces mediante un proceso en el que agrega una pequeña cantidad de esférico, nanopartículas magnéticas a los hidrogeles a base de colágeno. Todo el proceso se completa en cuestión de segundos, y le permite personalizar el gel a lo largo de diversos grados de rigidez y tenacidad, dependiendo de la cantidad de nanopartículas en el material, Dice Gaharwar.
El proceso, él añade, tiene otra ventaja distintiva:es compatible con las células. Debido a que Gaharwar utiliza concentraciones extremadamente bajas de nanopartículas, Este proceso no altera significativamente la composición química del hidrogel.
Controlar las propiedades físicas de los hidrogeles, Gaharwar explica:es esencial porque estos geles deben ser duraderos al mismo tiempo que coinciden con las propiedades de los tejidos que simulan cuando se implementan en el cuerpo, por ejemplo, cuando actúan como andamios que ayudan con la curación de lesiones internas. Esa es solo una de las múltiples aplicaciones biomédicas que el hidrogel de Gaharwar podría impactar. Además de las aplicaciones de ingeniería de tejidos, El hidrogel mejorado mecánicamente de Gaharwar podría promover los enfoques de administración de fármacos, biosensores y otras tecnologías, pero podría desempeñar un papel aún más importante como herramienta para aprender sobre las células madre, él dice. El sistema, el explica, podría permitir a los investigadores comprender mejor cómo se comportan las células madre e incluso controlar cómo se diferencian en tipos específicos de células.
Conocido por su capacidad para desarrollarse en diferentes tipos de células, como un músculo, células sanguíneas o cerebrales:las células madre tienen el potencial de servir como un sistema de reparación interno, reponer otras células. Clave para esta transformación, Gaharwar señala, es el microambiente que rodea a las células madre. Dependiendo de dónde se encuentren estas células madre dentro del cuerpo, estas células se transformarán en diferentes tipos de células, el explica. Por ejemplo, Las células madre que se estiran en entornos más rígidos podrían finalmente convertirse en células óseas, mientras que las células madre que permanecen redondas en entornos más suaves podrían convertirse en cartílago. Piense en ello como una especie de efecto dominó:el microambiente de la célula madre influye en su forma, y la forma de la célula madre influye en su desarrollo hacia un tipo de célula específico. Dado este hecho, Gaharwar cree que controlar la rigidez del entorno de la célula (en este caso, un hidrogel que engloba las células madre) podría resultar en un mayor control de la diferenciación de las células madre.
Controlando ese entorno, Gaharwar dice:se logra mediante un proceso conocido como reticulación. Reticulación, el explica, implica unir las cadenas poliméricas que componen un hidrogel para que formen una red interconectada que básicamente sirve como columna vertebral para el gel y, como resultado, aumenta su rigidez. Unirse a estas cadenas requiere nanopartículas de Gaharwar, que sirven como una especie de mortero al unir estas cadenas a nivel molecular. Estos esféricos, nanopartículas de óxido de hierro, cuyas superficies han sido modificadas por Gaharwar y su equipo, tienen múltiples puntos de conjugación en los que las cadenas poliméricas se unen formando fuertes enlaces químicos, él dice. Cuando esto ocurre, se forma una red de cadenas y se refuerza el hidrogel, él dice.
Otras tecnologías estándar que utilizan diferentes nanopartículas no dan como resultado el mismo nivel de rigidez mecánica porque las nanopartículas no interactúan químicamente con las cadenas poliméricas del gel; están atrapados Gaharwar explica. Y lo que es más, Los enfoques que logran cierto grado de rigidez a menudo producen un entorno no amigable para la célula que da como resultado la muerte celular debido a las altas concentraciones del agente reforzante. él dice. El enfoque de Gaharwar supera ese desafío utilizando un 10, 000 veces menos concentración de nanopartículas.
"Al agregar una concentración mínima de nanopartículas, podemos obtener un aumento o disminución drástica de las propiedades físicas del hidrogel, ", Dice Gaharwar." Al cambiar el tamaño y la concentración de las nanopartículas, podemos obtener hidrogeles que van desde un kilopascal hasta 200 kilopascales ".
Impulsado por los prometedores resultados iniciales que él y su equipo han logrado, Gaharwar planea continuar trabajando con el hidrogel mejorado para determinar si realmente puede desencadenar una diferenciación en las células madre. Estas celdas, el explica, necesitan experimentar un entorno dinámico (como lo harían en el cuerpo) donde se aplican diferentes grados de fuerza a través del hidrogel y las células que lo experimentan las experimentan. En la siguiente fase de la investigación, el equipo, él dice, espera introducir estos estímulos externos con un biorreactor para que se puedan realizar estudios más profundos.
