La ingeniería de tejidos, que implica el uso de injertos o andamios para ayudar a la regeneración celular, se está convirtiendo en una práctica médica clave para tratar la pérdida muscular volumétrica (VML), una afección en la que se pierde una cantidad significativa de tejido muscular más allá de la capacidad regenerativa natural del cuerpo. Para mejorar los resultados quirúrgicos, los injertos musculares tradicionales están dando paso a materiales de soporte artificiales, y las nanopartículas (NP) MXene destacan como una opción prometedora.
Los MXene NP son materiales 2D compuestos principalmente de carburos y nitruros de metales de transición. Son altamente conductores de electricidad, pueden acomodar una amplia gama de grupos funcionales y tienen estructuras apiladas que promueven las interacciones celulares y el crecimiento muscular. Si bien se han realizado demostraciones prácticas en el laboratorio que muestran su capacidad para promover la reconstrucción de los músculos esqueléticos, el mecanismo específico por el cual lo hacen aún no está claro.
Para abordar esta brecha, el profesor asociado Yun Hak Kim del Departamento de Anatomía y el Departamento de Informática Biomédica, junto con los profesores Suck Won Hong y Dong-Wook Han del Departamento de Ingeniería Cogno-Mecatrónica de la Universidad Nacional de Pusan desarrollaron matrices nanofibrosas que contienen MXene NP. como andamios. Utilizaron secuenciación de ADN para revelar los genes y las vías biológicas activadas por las NP de MXene para ayudar en la regeneración muscular.
Estos hallazgos, publicados en Nano-Micro Letters , marca un avance significativo en el uso de andamios MXene para tratar el daño muscular.
"Este descubrimiento plantea una posible vía para la utilización de estos materiales para aumentar la eficacia de la regeneración del tejido muscular después de una lesión o daño", explica el profesor Kim.
En la fase inicial, el equipo creó una matriz de PCM nanofibrosa que contiene poli(lactida-co-ε-caprolactona) (P), reforzada con colágeno (C) y Ti3. C2 Tx Nanopartículas MXene (M). Para determinar el efecto específico de las NP de MXene sobre el crecimiento muscular, prepararon tres controles:PLCL prístino (P), PLCL con colágeno (PC) y PLCL con MXene (PM). Al probar todos los andamios en modelos de ratón con pérdida muscular volumétrica inducida, los investigadores observaron un aumento significativo en el número total de células musculares en ratones tratados con PCM en comparación con los otros grupos.
Para comprender cómo las nanopartículas (NP) de MXene impactan la regeneración y el crecimiento muscular a nivel molecular, los investigadores introdujeron C2 C12 mioblastos, que son precursores de las células musculares, en matrices de PC y PCM. El objetivo fue analizar las diferencias en los niveles de expresión génica entre las dos matrices. Dentro de la matriz PCM, se identificó una mayor producción de óxido nítrico sintasa inducible (iNOS) y quinasa 1 regulada por glucocorticoides/suero (SGK1), dos proteínas estrechamente asociadas con la señalización del calcio y la regeneración muscular.
Estos resultados sugieren que los MXenes promueven el ion calcio (Ca 2+ ) deposición alrededor de las células. Esto aumentó los niveles de Ca 2+ intracelular. Desencadena la activación de genes que producen las proteínas iNOS y SGK1. SGK1 influye en la vía mTOR-AKT, promoviendo la proliferación celular, la supervivencia y la miogénesis (la conversión de mioblastos en fibras musculares). Al mismo tiempo, iNOS aumenta la producción de óxido nítrico (NO), contribuyendo a la proliferación de mioblastos y a la fusión de las fibras musculares.
Los efectos combinados conducen al desarrollo de tejido muscular maduro. Las matrices nanofibrosas PCM alineadas ofrecen señales biofísicas para la señalización bioquímica intracelular, guiando comportamientos miogénicos. Este descubrimiento contribuye a nuestra comprensión del potencial de MXene para volver a hacer crecer los músculos y es prometedor para refinar los diseños de andamios para mejorar aún más este proceso.
"Dentro de 5 a 10 años, esta investigación puede generar tratamientos innovadores para las lesiones musculares. Las matrices con infusión de MXene NP podrían convertirse en una rutina en la práctica médica para atletas, personas con dolencias relacionadas con los músculos y aquellos que se recuperan de traumatismos o cirugías relacionadas con los músculos. " afirma el profesor Kim. "Estas NP podrían mejorar los métodos de regeneración muscular, ofreciendo mejores resultados para cirugías reconstructivas y afecciones como la distrofia muscular, donde la función muscular está comprometida".
Las matrices con infusión de MXene NP tienen potencial de personalización para satisfacer diversas necesidades en el tratamiento de lesiones por pérdida muscular. Esta personalización puede implicar ajustar la composición, la estructura o las propiedades para que coincidan con los requisitos específicos del paciente, como el tamaño, la forma o la mejora de la bioactividad. La adaptación de estos materiales podría ofrecer soluciones personalizadas para diversos grados de pérdida muscular. Además, la regeneración muscular mejorada observada podría ayudar a una recuperación más eficiente, reduciendo potencialmente las necesidades de rehabilitación post-tratamiento.
Estas matrices, con propiedades mecánicas controlables, son prometedoras para mejorar la regeneración muscular in vivo. Investigaciones adicionales sobre MXene prometen aplicaciones clínicas ampliadas, lo que potencialmente beneficiará el bienestar humano.
Más información: Moon Sung Kang et al, Matrices de nanofibras ternarias altamente alineadas cargadas con MXene aceleran la regeneración de la pérdida muscular volumétrica, Nano-Micro Letters (2024). DOI:10.1007/s40820-023-01293-1
Proporcionado por la Universidad Nacional de Pusan
