El andamio de la ‘bandeja de cubitos de hielo’ es el siguiente paso para devolver la vista a las retinas lesionadas
Esta imagen de microscopio electrónico del nuevo «andamio» para cultivar e implantar células retinales muestra los depósitos en forma de cubitos de hielo que contienen células y cilindros. orificios en forma en la capa inferior, que proporcionan canales para que los fotorreceptores en maduración entren en contacto con el tejido de la retina del paciente. Crédito: Ma Lab
Decenas de millones de personas en todo el mundo están afectadas por enfermedades como la degeneración macular o han tenido accidentes que dañan permanentemente los fotorreceptores sensibles a la luz dentro de sus retinas que permiten la visión.
El cuerpo humano no es capaz de regenerar esos fotorreceptores, pero los nuevos avances de los investigadores médicos y los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison pueden brindar esperanza a las personas que sufren pérdida de la visión. Describieron su trabajo hoy en la revista Science Advances.
Los investigadores de la UW-Madison han creado nuevos fotorreceptores a partir de células madre pluripotentes humanas. Sin embargo, sigue siendo un desafío administrar con precisión esos fotorreceptores dentro del ojo enfermo o dañado para que puedan formar las conexiones apropiadas, dice David Gamm, director del McPherson Eye Research Institute y profesor de oftalmología y ciencias visuales en la Facultad de Medicina y Ciencias Públicas de la UW. Salud.
«Si bien fue un gran avance poder fabricar las piezas de repuesto de estos fotorreceptores, todavía es necesario colocarlos en el lugar correcto para que puedan reconstruir la retina de manera efectiva», dice. «Entonces, comenzamos a pensar, ‘¿Cómo podemos entregar estas células de una manera más inteligente?’ Fue entonces cuando contactamos a nuestros ingenieros de clase mundial en UW-Madison».
Gamm está colaborando con sus colegas Shaoqin (Sarah) Gong, profesora de ingeniería biomédica, miembro de la facultad del Instituto de Descubrimiento de Wisconsin y experta en biomateriales, y Zhenqiang (Jack) Ma, profesor de ingeniería eléctrica e informática y experto en semiconductores cuyo laboratorio tiene experiencia en micro y nanofabricación sofisticada. Juntos, sus grupos de investigación han desarrollado un «parche» de fotorreceptor de andamiaje micromoldeado diseñado para ser implantado debajo de una retina dañada o enferma.
En 2018, el equipo desarrolló su primer andamiaje de polímero biodegradable con vidrio de copa de vino. poros formados para mantener las células fotorreceptoras en su lugar. Sin embargo, ese diseño no era óptimo ya que no cabían muchos fotorreceptores en cada poro.
En este andamio de segunda generación, el equipo optó por un diseño de «bandeja de cubitos de hielo», que puede contener tres veces tantas células como se reduzca la cantidad de biomaterial utilizado para el andamiaje para facilitar una degradación más rápida del material sintético dentro del ojo.
Gong y su equipo, dirigido por el estudiante graduado Ruosen (Alex) Xie, examinaron una larga lista de posibles biomateriales antes de decidirse por el poli(sebacato de glicerol) o PGS, un material que es compatible con la retina y que el cuerpo puede metabolizar de forma segura después de la degradación. El laboratorio de Gong optimizó la formulación y desarrolló aún más un proceso de curado para lograr las propiedades deseadas del material para hacer los andamios.
«Queríamos que el material fuera muy resistente», dice la estudiante graduada y coautora Allison Ludwig. , que trabaja en el laboratorio de Gamm, «y en el ojo, se degrada bastante rápido en unos dos meses. Eso es ideal para la retina humana».
El proceso de elaboración del andamio con la fuerza mecánica deseada y precisión dimensiones fue realizada por el coautor Inkyu Lee y el estudiante graduado Juhwan Lee, quienes trabajan en el laboratorio de Ma. Para lograr microestructuras en forma de bandeja de cubitos de hielo 3D altamente ordenadas a partir de películas PGS biodegradables y biocompatibles con características de tamaño micrométrico, desarrollaron técnicas de micromoldeado de varios pasos que pueden transferir patrones a películas poliméricas flexibles.
La El trabajo final de fabricación del andamio fue tedioso y frustrante. Se produjeron fracturas e imperfecciones en los andamios blandos durante el desmontaje de los micromoldes, lo que hizo que los micromoldes quedaran inoperables para su uso posterior, pero Inkyu Lee finalmente descubrió que sumergir el andamio en alcohol isopropílico permitía que se liberara limpiamente.
«La fabricación Los procesos que crean un andamio con características del tamaño de una micra implican muchas habilidades de manejo técnico que dependen de la persona, lo que dificulta la producción de andamios con una calidad uniforme», dice. «Quería lograr algo que fuera repetible independientemente de las habilidades de manejo del operador. Me iluminó el hecho de que el polímero PGS se hincha en alcohol isopropílico. La explotación de esta propiedad finalmente facilitó la liberación de los andamios de los micromoldes».
Con este enfoque, el laboratorio de Ma pudo desmontar de manera confiable el andamio de los micromoldes sin defectos superficiales y retener las microestructuras del molde, manteniendo la integridad de la superficie del molde para su reutilización. Al final, la microscopía reveló que la técnica de fabricación fue un éxito, reproduciendo de forma fiable un andamio perfecto en forma de bandeja de cubitos de hielo capaz de albergar más de 300 000 fotorreceptores en aproximadamente el área de la mácula humana, el centro de la retina.
«En general, los resultados son muy emocionantes y significativos», dice Ma. «Una vez que descubrimos la receta, la producción en masa se volvió posible de inmediato y la comercialización será muy fácil. Los métodos de fabricación se pueden usar para crear muchos otros tipos de andamios blandos para diversas aplicaciones biomédicas, como ingeniería de tejidos complicada, etc.»
El equipo ha revelado la estructura del andamio y el método de fabricación a la Fundación de Investigación de Antiguos Alumnos de Wisconsin, que ha presentado una solicitud de patente.
El equipo planea continuar optimizando la forma del andamio y la técnica de fabricación y materiales biorreabsorbibles para una producción más rápida para satisfacer futuras necesidades quirúrgicas. Mientras tanto, la iteración actual del parche de andamiaje está casi lista para pruebas quirúrgicas en animales grandes. Si tiene éxito, el parche finalmente se probará en humanos.
«Esperamos que estos parches retinales de primera generación sean seguros y restauren algo de la visión. Entonces podremos innovar y mejorar la tecnología y los resultados a lo largo del tiempo», dice Gamm. «No comenzamos con supercomputadoras en nuestras muñecas y no vamos a comenzar borrando por completo la ceguera en nuestro primer intento. Pero estamos muy emocionados de dar un paso significativo en esa dirección».
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Los andamios porosos inyectables promueven una curación mejor y más rápida después de las lesiones de la médula espinal Más información: «Andamios 3D micromoldeados ultrafinos para la reconstrucción de la capa de fotorreceptores de alta densidad» Science Advances (2021). advances.sciencemag.org/lookup … .1126/sciadv.abf0344 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por la Universidad de Wisconsin-Madison Cita: El andamio de la ‘bandeja de cubitos de hielo’ es el siguiente paso para devolver la vista a las retinas lesionadas (21 de abril de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-ice-cube-tray-scaffold-sight.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.