Una célula que crece sobre el andamio de nanocables. Crédito: © 2022 KAUST; Heno Hwang
Una nueva nanotecnología que acelera la transición de las células madre al hueso podría transformar la medicina regenerativa.
Una plataforma de nanotecnología desarrollada por científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) podría conducir a nuevos tratamientos para enfermedades óseas degenerativas.
La técnica se basa en nanocables de hierro que se doblan en respuesta a los campos magnéticos. Las células madre formadoras de hueso que crecen en una malla de estos diminutos cables obtienen una especie de entrenamiento físico en el sustrato en movimiento. Luego se transforman en hueso adulto mucho más rápido que en los medios de cultivo convencionales, con un protocolo de diferenciación que solo dura unos días en lugar de unas pocas semanas.
«Este es un hallazgo notable», dice Jasmeen Merzaban, profesor asociado de biociencias. “Podemos lograr una formación eficiente de células óseas en un tiempo más corto”, allanando potencialmente el camino para una regeneración ósea más eficiente. Merzaban codirigió el estudio con el investigador de sensores Jürgen Kosel y colegas de sus laboratorios.
Los científicos analizaron la capacidad de producción de hueso de su andamio de nanocables, con y sin señales magnéticas. Modelaron los diminutos cables en una cuadrícula uniformemente espaciada y luego superpusieron células madre mesenquimales humanas (MSC) derivadas de la médula ósea. Cada uno de los diminutos hilos tiene aproximadamente el tamaño del apéndice en forma de cola que se encuentra en algunas bacterias.
Los investigadores descubrieron que agregar un campo magnético de baja frecuencia aceleraba drásticamente el proceso de desarrollo óseo. Dentro de los dos días de incubación bajo estimulación mecánica, se pudieron detectar marcadores genéticos del desarrollo óseo, mientras que los genes relacionados con la tensión y la autorrenovación rápidamente se volvieron inactivos. Los científicos también pudieron ver las células reconstruyéndose para volverse más óseas a un ritmo rápido bajo un microscopio.
A continuación, el equipo de KAUST planea probar su sistema en modelos de ratón con enfermedad ósea degenerativa, con la esperanza de que los andamios de nanocables sembrados con células madre puedan implantarse de manera segura en los sitios lesionados y promover la reparación de tejidos. Se utilizaría un campo magnético aplicado externamente para acelerar el proceso de curación.
El autor del estudio, José Efraín Pérez, exestudiante de doctorado en el laboratorio de Kosel, también ve aplicaciones potenciales en otros entornos de enfermedades. Como él mismo señala: “La variación de la rigidez de la matriz aumentando o disminuyendo la longitud y el diámetro de los nanocables podría promover respuestas diferenciales con las MSC. O podrían usar otros tipos de células madre para, por ejemplo, promover el crecimiento neuronal y la reparación del cerebro después de un accidente cerebrovascular.
Además, agrega Pérez, «podríamos personalizar aún más el andamio de nanocables o el material base, por ejemplo, utilizando diferentes metales para aprovechar sus respuestas magnéticas o recubriendo los nanocables con biomoléculas para su posible entrega durante ‘un contacto celular’.
Para una tecnología tan pequeña, las posibilidades son inmensas.
Referencia: «Andamio de nanocables modulados para la diferenciación de células madre mesenquimales altamente eficientes» por Jose E. Perez, Bashaer Bajaber, Nouf Alsharif, Aldo I. Martinez-Banderas, Niketan Patel, Ainur Sharip, Enzo Di Fabrizio, Jasmeen Merzaban y Jürgen Kosel, 16 de junio de 2022, Revista de Nanobiotecnología.
DOI: 10.1186/s12951-022-01488-5