Desarrollan modelo de tejido sintético con vasos sanguíneos funcionales

Desarrollan un sistema de cultivo celular en el que, por primera vez, un sistema de vasos sanguíneos funcional puede crecer dentro de un armazón hecho de materiales sintéticos.

Los científicos, trabajando en un hidrogel especial con propiedades que pueden cambiar de manera controlada, primero hicieron crecer un vaso sanguíneo parental a partir de las células del revestimiento de los vasos sanguíneos humanos.

Luego investigaron cómo las propiedades materiales del entorno celular artificial influían en la formación de vasos sanguíneos adicionales y los afinaron.

Resumiendo los hallazgos clave, Britta Trappmann destaca que “el material de tejido sintético debe activar ciertas moléculas de adhesión en la membrana de las células de los vasos sanguíneos para que las células migren en grupos desde el vaso principal y formen estructuras tubulares y son suficientemente degradables para que las células formen vasos sanguíneos de tamaño adecuado ”.

Para imitar el entorno natural de las células, muchas biomoléculas y células adicionales deberían integrarse en el sistema modelo en pasos posteriores; pueden ser proteínas de señalización, células inmunitarias o células para estabilizar los vasos sanguíneos.

“Además, el efecto de todos estos factores está relacionado en los tejidos naturales y varía de un órgano a otro”, explica Britta Trappmann.

Comprender todo esto, dice, es un objetivo a largo plazo, pero, en última instancia, el conocimiento podría usarse para desarrollar tejidos implantables.

En este estudio, los investigadores refinaron un sistema modelo que Britta Trappmann desarrolló con sus colegas durante su tiempo como postdoctoral en los Estados Unidos en las universidades de Boston y Harvard. Consiste en un hidrogel tridimensional a base de azúcar en el que los científicos hacen dos canales con una aguja de acupuntura.

Cada canal tiene un diámetro de 400 micrómetros y corren paralelos entre sí a una distancia de aproximadamente un milímetro.

En un canal, los científicos siembran células endoteliales, que recubren los vasos sanguíneos en los tejidos naturales.

“Las células endoteliales forman contactos entre sí y se adhieren a su entorno de tejido sintético en el canal, formando así un vaso sanguíneo parental después de aproximadamente un día”, explica Britta Trappmann.

Cuando esto ha sucedido, los científicos administran un cóctel de factores de crecimiento de moléculas que impulsan el crecimiento de los vasos sanguíneos en los tejidos naturales a través del segundo canal, tras lo cual las células endoteliales migran al hidrogel.

Luego, los científicos querían averiguar qué propiedades del hidrogel determinan si las células endoteliales que migran realmente forman nuevos vasos sanguíneos.

Investigaron el papel que juega la activación de las llamadas moléculas de adhesión en la membrana celular a través de las cuales las células se adhieren a su entorno circundante.

Los investigadores primero enriquecieron la estructura del tejido de hidrogel con cantidades variables de péptidos que activan un cierto tipo de molécula de adhesión que se encuentra en la membrana de las células endoteliales llamadas integrinas.

Cuanto mayor es la concentración de péptidos, más células endoteliales migran juntas a través del hidrogel.

Por el contrario, cuando los científicos bloquearon la función de la integrina, observaron que las células solo migraban individualmente.

En un paso más, el equipo investigó este proceso observando dos subtipos de integrina específicos.

“Descubrimos que la integrina αvβ3 es la molécula de adhesión crucial que debe activarse para que las células endoteliales migren en grupos”, dice Britta Trappmann.

Los científicos también demostraron que la migración celular colectiva es, a su vez, un requisito previo para que las células endoteliales formen cavidades conectadas al vaso principal en el siguiente paso.

Aunque las células de los vasos sanguíneos formaron estructuras tubulares, estas eran más pequeñas que las de los tejidos naturales.

Los científicos plantearon la hipótesis de que esto podría deberse a que el hidrogel sintético es menos degradable que el tejido natural y tiene poros más pequeños a través de los cuales pueden deslizarse las células.

Como el hidrogel consiste en cadenas de moléculas de azúcar que están reticuladas por ciertas moléculas, la solución de los científicos fue intercambiar estas moléculas reticulantes para que las células pudieran escindir el hidrogel más rápidamente utilizando las enzimas que liberan.

Esto permitió que las células migraran más rápido y formaran estructuras vasculares más grandes.

Fuente: Nature