Microagujas de células madre terapéuticas en tejidos dañados
Las microagujas, hechas de un biomaterial mezclado con agentes terapéuticos, se unen a una tira de cinta adhesiva, con las agujas hacia abajo. La tira se aplica al área de la herida de la piel y se retira la cinta. Las agujas se incrustan en la piel y se degradan, liberando el agente terapéutico debajo de la piel. Crédito: Khademhosseini Lab
Las células madre mesenquimales (MSC, por sus siglas en inglés) son multipotentes porque reponen de forma natural los tipos de células que forman los huesos, cartílagos y tejidos adiposos. Sin embargo, exhiben un potencial regenerativo mucho más amplio, incluida su capacidad para migrar e injertarse en tejidos lesionados y secretar factores que mejoran la formación de nuevos vasos sanguíneos, suprimen la inflamación y la muerte celular y promueven la curación. Estas características los convierten en excelentes candidatos para terapias basadas en células para enfermedades tan variadas como enfermedades cardiovasculares, hepáticas, óseas y cartilaginosas, lesiones pulmonares y de la médula espinal, enfermedades autoinmunes e incluso cáncer y lesiones cutáneas.
Las MSC provocan reacciones adversas insignificantes o nulas en pacientes que las reciben de donantes sanos, y pueden aislarse fácilmente de tejidos humanos, ampliarse a escalas clínicas, bioconservarse y almacenarse para su entrega en el punto de atención. Esta eficiencia en la preparación de MSC de grado médico contrasta con la relativa ineficiencia con la que actualmente se pueden administrar a los tejidos diana en los pacientes. Los médicos a menudo necesitan administrar cantidades masivas de MSC con alta precisión para alcanzar una cantidad suficiente de células que se injerten con éxito y permanezcan funcionales con el tiempo.
Para superar este cuello de botella, los investigadores han desarrollado enfoques basados en materiales en los que las MSC se incrustados en andamios de biomateriales que luego se pueden implantar como «parches» en los tejidos dañados en procedimientos mínimamente invasivos. Sin embargo, esas células a menudo tienen una capacidad limitada para migrar, superar las barreras tisulares e injertarse con éxito en microambientes tisulares donde más se necesita su acción. En principio, los enfoques de inyección pueden introducir MSC en los tejidos a través de agujas hipodérmicas de una manera más específica, pero cualquier inyección directa en el tejido es invasiva y puede causar daño tisular involuntario y efectos secundarios como la formación de tejido cicatricial.
Ahora, un nuevo estudio publicado en Advanced Functional Materials por un equipo del Instituto Terasaki para la Innovación Biomédica en Los Ángeles y la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) ha desarrollado un enfoque mínimamente invasivo utilizando microagujas para generar un depósito bioactivo de MSC . Incrustar un número comparativamente bajo de MSC en un material similar a un gel que prolonga su viabilidad y funcionalidad y apuntar a los tejidos dañados con alta precisión espacial aceleró la cicatrización de heridas en un modelo de ratón con segmentos de piel extirpados.
«Las microagujas se han probado con éxito utilizado en el pasado para administrar medicamentos sin dolor a los tejidos objetivo, como la piel, los vasos sanguíneos y los ojos. Aquí demostramos con depósitos de microagujas desmontables que un enfoque análogo puede desplegar células terapéuticas en los sitios objetivo», dijo el coautor Ali Khademhosseini, director y director ejecutivo del Instituto Terasaki, quien anteriormente fue director del Centro de Terapéutica Mínimamente Invasiva de la UCLA. «Para lograr esto, desarrollamos un parche de microagujas completamente nuevo que respalda la viabilidad de las células madre, la capacidad de respuesta a los estímulos de las heridas y la capacidad de acelerar la cicatrización de heridas».
Al comienzo de su estudio, Khademhosseini y su co -los trabajadores plantearon la hipótesis de que incorporar MSC en una matriz de biomaterial biocompatible y biodegradable proporcionaría un entorno hidratado con las propiedades mecánicas que las células madre necesitan para permanecer vivas y funcionando durante un período más largo. Los investigadores comenzaron diseñando una matriz de fibras de gelatina que se entrecruzan entre sí en una red que podría albergar MSC. El biomaterial imitó el entorno extracelular normal de los tejidos en los que normalmente residen las MSC y ayudó a remodelar el entorno de matriz específico de una manera que permitió a las MSC absorber nutrientes y comunicarse con el tejido dañado a través de factores solubles que normalmente reciben y envían.
La otra parte del desafío era introducir microagujas funcionales en el dispositivo de administración de células que le permitirían penetrar suavemente los tejidos para llegar a los sitios de destino. Con este objetivo, los investigadores recubrieron la matriz de gelatina más blanda que contenía MSC con un segundo biomaterial mucho más duro conocido como ácido poli(láctico-co-glicólico), en resumen, PLGA. Una vez que las agujas se colocaron en el lecho de una herida, la cubierta de PLGA, que también es biocompatible y biodegradable, se degradó lentamente, pero durante el proceso mantuvo la matriz de gelatina que contenía MSC en su lugar, lo que permitió que las MSC liberaran sus factores terapéuticos en el tejido dañado. a través de brechas emergentes en el caparazón. El equipo demostró que en la microaguja compuesta, el 90 % de las MSC permanecieron viables durante 24 horas y que las células no perdieron su potencial como células madre («stemness»), lo cual fue fundamental para sus propiedades curativas.
Finalmente, el equipo se dispuso a investigar su concepto de microagujas en un modelo de herida en la piel de un ratón en el que se realizó una escisión definida en las capas de tejido epidérmico. Para colocar estratégicamente microagujas individuales dentro del lecho de la herida, los investigadores colocaron una serie de microagujas en una pequeña tira de cinta adhesiva con sus extremos puntiagudos mirando hacia el lado contrario de la cinta. La colocación precisa de la cinta con su superficie de microagujas estampada sobre la herida permitió que las microagujas individuales penetraran en el lecho de la herida. Luego, se despegó la cinta, lo que provocó que las microagujas se desprendieran y permanecieran incrustadas en el tejido de la herida. Khademhosseini y sus compañeros de trabajo llaman a este sistema el depósito de microagujas híbridas desmontables (d-HMND).
En el modelo de ratón, el dispositivo d-HMND cargado con MSC estimuló una serie de parámetros críticos asociados con la cicatrización de heridas. . En comparación con un número igual de MSC inyectadas directamente en la piel herida y una versión del dispositivo d-HMND que no contenía ninguna MSC (sin células), el d-HMND que contenía MSC aceleró la contracción de la herida y re- crecimiento de las capas epidérmicas de la piel (reepitelización). Los investigadores utilizaron un panel de marcadores histológicos y moleculares para confirmar durante un período de 14 días que el dispositivo suprimió la inflamación y estimuló la remodelación de tejidos, la formación de nuevos vasos sanguíneos y la regeneración del cabello, todos signos vitales de una sólida respuesta de cicatrización de heridas.
«En escenarios futuros, los d-HMND podrían fabricarse rápidamente en laboratorios clínicos poco antes de su uso, aplicarse para tratar lesiones cutáneas y explorarse más ampliamente como tratamientos para una variedad de otros trastornos, incluido el melanoma y otros trastornos dermatológicos que podría beneficiarse del poder de las células MSC», dijo Khademhosseini. «El concepto incluso sería compatible con el uso de células derivadas de pacientes en enfoques de dispositivos más personalizados». Khademhosseini y sus colegas están explorando otros usos de esta tecnología como parte del programa de investigación del Instituto Terasaki.
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Se descubre un polifenol de origen vegetal para mejorar la cicatrización de heridas Más información: KangJu Lee et al, A Patch of Detachable Hybrid Microneedle Depot for Localized Delivery of Mesenchymal Stem Cells in Regeneration Terapia, Materiales Funcionales Avanzados (2020). DOI: 10.1002/adfm.202000086 Información de la revista: Advanced Functional Materials
Proporcionado por Terasaki Institute for Biomedical Innovation Cita: microagujas de células madre terapéuticas en tejidos dañados (2020, 10 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-microneedling-therapeutic-stem-cells-tissues.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.