Regenerar el cuerpo desde dentro con biomateriales
Dos enfoques para el uso de biomateriales. En el enfoque más tradicional (izquierda), la construcción del biomaterial se mezcla con células y biomoléculas fuera del cuerpo y luego se desarrolla en un biorreactor externo. Luego, la estructura se implanta en el cuerpo. En el enfoque utilizado más recientemente, o «in situ» (derecha), los biomateriales se crean sin la adición de células antes de la implantación en el cuerpo. Los materiales implantados luego estimulan y mejoran los propios mecanismos de curación celular y química del cuerpo. Crédito: Akhilesh K. Gaharwar
La regeneración tisular exitosa puede tener importantes beneficios en la curación de lesiones o el reemplazo de partes de tejido dañado o enfermo en huesos, piel, sistema nervioso y órganos como los músculos, los riñones, el hígado, los pulmones y el corazón. . Pero la efectividad del propio sistema del cuerpo para reparar tal daño puede variar mucho, dependiendo del tipo de tejido involucrado y su ubicación. Los ingenieros de tejidos han estado trabajando para abordar estas limitaciones mediante la creación de sustancias llamadas biomateriales, que se pueden usar de varias maneras para aumentar la capacidad de curación del cuerpo. En una publicación reciente en Nature Reviews Materials, Ali Khademhosseini, Ph.D., Director y CEO del Instituto Terasaki, y sus colegas analizan el uso de biomateriales para la regeneración de tejidos.
Al usar biomateriales, hay dos enfoques generales que se usan comúnmente. En el primer enfoque y más tradicional, los biomateriales se mezclan con células y biomoléculas apropiadas fuera del cuerpo y luego se implantan en el área lesionada. A continuación, se permite que la construcción implantada se convierta en tejido que funcionará y se regenerará como reemplazo del tejido dañado. En el segundo enfoque, se crean biomateriales especialmente diseñados sin la adición de células antes de la implantación en el cuerpo. Los materiales implantados están diseñados para estimular y mejorar los propios mecanismos de curación celular y químico del cuerpo para producir tejido regenerado.
Ambos enfoques pueden ser efectivos, pero el segundo enfoque tiene claras ventajas; esto ha estimulado una tendencia reciente hacia su uso. Dado que el procedimiento no implica el uso de células vivas en la formulación de biomateriales, su implantación en el cuerpo no está sujeta a tantas barreras regulatorias. También hay más sistemas de biomateriales disponibles para uso clínico con este enfoque, y esto se presta para diseñar una variedad de biomateriales para promover y regular los muchos eventos que forman parte del proceso de curación natural del cuerpo.
Cuando ocurre una lesión en el cuerpo, hay tres etapas de eventos que ocurren: inflamación, formación de tejido nuevo y remodelación de tejido. En la etapa de inflamación, una variedad de células inmunes se mueven al sitio de la lesión, eliminando las células muertas y los signos de infección y enviando señales para el reclutamiento de células adicionales necesarias para reemplazar las dañadas. En la segunda etapa, las células reclutadas comienzan a reproducirse y forman una matriz celular en el sitio, sustentada por una red de vasos sanguíneos. En la tercera etapa, la matriz se reorganiza y resintetiza para crear nuevo tejido.
Los investigadores pueden diseñar biomateriales que afecten los eventos en cualquiera de estas etapas. Un método para lograr esto es variando las características físicas y químicas de los biomateriales. Estos factores influyen en gran medida en la función celular, la migración y la proliferación. Las características físicas como la rigidez, el tamaño y la distribución de los poros, la textura de la superficie y la tasa de degradación de los biomateriales se pueden manipular para facilitar el reclutamiento de las propias células restauradoras del cuerpo en el lugar de la lesión. Las propiedades químicas de los biomateriales también se pueden manipular para presentar biomoléculas que estimularán el crecimiento y la reproducción de las células reclutadas.
Otra influencia importante de los biomateriales es su uso para «reprogramar» las células regenerativas del cuerpo en el nivel genético. Se pueden crear biomateriales que proporcionarán factores que controlarán la expresión génica necesaria para cambiar las células de un tipo a otro. Se pueden administrar otros factores que darán como resultado la producción de proteínas necesarias en la reparación de tejidos. Los biomateriales pueden suministrar otros factores a través de nanopartículas que llevan herramientas de edición de genes. Estas herramientas pueden realizar una edición genética precisa dentro de las células involucradas en el proceso de curación.
Los avances realizados en la fabricación de biomateriales, como la impresión en 3D, y la diversificación de sus biomateriales, o biotintas, han aumentó la capacidad de crear con mayor precisión construcciones complejas o personalizadas para la implantación. Es probable que se produzcan muchos más avances en esta área en un futuro próximo.
El progreso reciente realizado en el desarrollo de biomateriales ha aumentado su potencial de uso para aumentar las capacidades naturales del cuerpo. Los métodos futuros para caracterizar el rendimiento de los biomateriales, como las plataformas de inteligencia artificial y las técnicas «ómicas», pueden proporcionar más información a nivel molecular. Avanzar en esta dirección puede conducir a un mayor éxito en el desarrollo de la próxima generación de materiales biosensibles.
«Aprovechar el potencial regenerativo del cuerpo humano a través de biomateriales diseñados es un enfoque simple y efectivo para reemplazar lesiones o tejidos enfermos Por lo tanto, se espera que el desarrollo de la próxima generación de materiales bio-sensibles para regular el comportamiento de las células endógenas desempeñe un papel clave para la regeneración de tejidos in situ «, dijo Akhilesh K. Gaharwar, Ph.D., primer autor de del estudio y profesor asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Texas A&M.
«Se anticipa que a medida que aprendamos más sobre los mecanismos biológicos que regulan el cuerpo, permitirá el desarrollo de biomateriales aún mejores para regeneración de tejidos», dijo Khademhosseini, «Esta área de investigación es un componente esencial de múltiples impulsos dentro del Instituto Terasaki y es probable que cambie el futuro de la medicina».
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Investigadores iluminan células usando nanoláminas para el tratamiento del cáncer Más información: Akhilesh K. Gaharwar et al, Biomateriales diseñados para la regeneración de tejidos in situ, Nature Reviews Materials (2020). DOI: 10.1038/s41578-020-0209-x Proporcionado por Terasaki Institute for Biomedical Innovation Cita: Regenerating the body from within using biomaterials (7 de julio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress .com/news/2020-07-regenerating-body-biomaterials.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.