Células madre primitivas apuntan a nuevos injertos óseos para fracturas difíciles de curar
Una vista de cerca de la intrincada microarquitectura de la matriz extracelular derivada de células madre pluripotentes. Imagen: Dr. Carl Gregory
Aunque la mayoría de los huesos rotos se pueden reparar con un yeso firme y una medida generosa de cuidado tierno y amoroso, las fracturas más complicadas requieren tratamientos como injertos óseos. Investigadores de la Universidad Texas A&M ahora han creado injertos óseos superiores utilizando células madre primitivas. Descubrieron que estas células ayudan a crear andamios muy fértiles necesarios para que el hueso se regenere en el sitio de reparación.
Los investigadores dijeron que estos injertos podrían usarse para promover una curación ósea rápida y precisa para que los pacientes se beneficien al máximo de la intervención quirúrgica.
«Hay varios problemas que pueden ocurrir con los implantes ortopédicos, como inflamación y dolor. Además, pueden aflojarse, lo que requiere cirugías de revisión que a menudo son más complicadas que la cirugía original para colocar el implante», dijo el Dr. Roland Kaunas, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica y autor correspondiente del estudio. «Entonces, al acelerar el proceso de curación ósea, nuestro material puede reducir potencialmente la cantidad de estas cirugías de revisión».
Los investigadores publicaron sus hallazgos en la edición de junio de la revista Nature Communications.
Cada año, alrededor de 600.000 personas en los Estados Unidos experimentan una curación ósea retrasada o incompleta. Para algunos de estos casos, los médicos recurren a procedimientos quirúrgicos que involucran el trasplante de tejido óseo al sitio de reparación. Estos injertos óseos generalmente provienen de dos fuentes: el propio hueso del paciente de otra ubicación en el cuerpo llamado autoinjertos, o huesos de cadáveres humanos altamente procesados.
Sin embargo, ambos tipos de injertos óseos tienen sus inconvenientes. . Por ejemplo, los autoinjertos requieren cirugía adicional para la extracción de tejido óseo, lo que aumenta el tiempo de recuperación de los pacientes y, en ocasiones, el dolor crónico. Por otro lado, los injertos derivados de hueso de cadáver excluyen la necesidad de dos cirugías, pero estos trasplantes tienden a carecer de muchas de las biomoléculas que promueven la reparación ósea.
«Los injertos de hueso de cadáver tienen algunas de las propiedades físicas del hueso, e incluso un poco de la esencia biológica, pero están muy agotados en términos de su funcionalidad», dijo el Dr. Carl Gregory, profesor asociado del Centro de Ciencias de la Salud de Texas A&M, también autor correspondiente del estudio. «Lo que queríamos hacer era diseñar un injerto óseo en el que pudiéramos poner en marcha experimentalmente los engranajes, por así decirlo, y hacerlo más biológicamente activo».
Estudios anteriores han demostrado que las células madre, en particular un tipo llamadas células madre mesenquimales, pueden usarse para producir injertos óseos que son biológicamente activos. En particular, estas células se convierten en células óseas que producen los materiales necesarios para hacer un andamiaje, o la matriz extracelular, que los huesos necesitan para su crecimiento y supervivencia.
Crédito: la matriz, una estructura similar a un andamio, es rica en materiales regenerativos. Video: Dharmesh Patel/Texas A&M Engineering
Sin embargo, estas células madre generalmente se extraen de la médula de un hueso adulto y, como resultado, son más antiguas. Su edad afecta la capacidad de las células para dividirse y producir más de la preciosa matriz extracelular, dijo Kaunas.
Para sortear este problema, los investigadores recurrieron a los ancestros celulares de las células madre mesenquimales, llamadas células madre pluripotentes. A diferencia de las células mesenquimatosas adultas que tienen una vida útil relativamente corta, observaron que estas células primitivas pueden seguir proliferando, creando así un suministro ilimitado de células madre mesenquimatosas necesarias para fabricar la matriz extracelular para los injertos óseos. Agregaron que las células pluripotentes se pueden producir mediante la reprogramación genética de células adultas donadas.
Cuando los investigadores indujeron experimentalmente las células madre pluripotentes para producir nuevas células madre mesenquimales, pudieron generar una matriz extracelular que estaba lejos más activo biológicamente en comparación con el generado por las células mesenquimales obtenidas del hueso adulto.
«Nuestros materiales no solo se enriquecieron en las moléculas biológicas que se requieren para hacer la parte gruesa del tejido óseo, sino también en factores de crecimiento que impulsan formación de vasos sanguíneos», dijo Gregory.
Para probar la eficacia de su material de andamiaje como injerto óseo, extrajeron y purificaron cuidadosamente la matriz extracelular enriquecida y luego la implantaron en un sitio de defectos óseos. Tras examinar el estado de la reparación ósea en unas pocas semanas, descubrieron que su matriz pluripotente derivada de células madre era entre cinco y seis veces más eficaz que el mejor estimulador de injertos aprobado por la FDA.
«Los ensayos de reparación ósea que utilizan el estándar de oro de los injertos, como los que se administran con el poderoso estimulador del crecimiento óseo llamado proteína morfogénica ósea-2, puede demorar alrededor de ocho semanas, pero obtuvimos una curación completa en cuatro semanas», dijo Gregory. «Entonces, bajo estas condiciones, nuestro material superó la eficacia de la proteína morfogénica ósea-2 por mucho, lo que indica que es una gran mejora de las tecnologías actuales de reparación ósea».
Los investigadores también dijeron que desde un Desde el punto de vista clínico, los injertos se pueden incorporar en numerosos implantes de ingeniería, como implantes impresos en 3D o tornillos metálicos, para que estas partes se integren mejor con el hueso circundante. También señalaron que los injertos óseos también serán más fáciles de producir y, por lo tanto, son ventajosos desde el punto de vista de la fabricación.
«Nuestro material es muy prometedor porque las células madre pluripotentes pueden generar idealmente muchos lotes de la matriz extracelular a partir de un solo donante, lo que simplificará en gran medida la fabricación a gran escala de estos injertos óseos», dijo Kaunas.
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Los investigadores descubren nuevas células madre que pueden generar hueso nuevo Más información: Eoin P. McNeill et al, Caracterización de una matriz derivada de células madre pluripotentes con poderosas capacidades osteorregenerativas, Comunicaciones de la naturaleza (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-16646-2 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por Texas A&M University Cita: Las células madre primitivas apuntan a nuevos injertos óseos para Fracturas obstinadas para curar (2020, 16 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-primitive-stem-cells-bone-grafts.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.