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Crean cuerdas vocales de laboratorio que emiten sonidos

«La voz es algo sorprendente, aunque no le damos suficiente importancia hasta que la perdemos». Quien habla es el doctor Nathan Welham, de la Universidad de Wisconsin (EEUU), que ha logrado crear por primera vez cuerdas vocales artificiales capaces de emitir sonidos al vibrar implantadas en la laringe de perros y ratones

Como él mismo ha explicado en rueda de prensa, las cuerdas vocales son dos bandas flexibles de músculo recubiertas de una delicada mucosa. Un tejido tan flexible como para vibrar con la entrada del aire en la garganta, pero tan sólido como para resistir cientos de vibraciones por segundo. «Es un sistema exquisito, muy difícil de replicar. Ningún otro tejido del cuerpo humano tiene semejantes demandas biomecánicas».

Sin embargo, pese a esta dificultad, su equipo de la Universidad de Wisconsin en colaboración con las universidades japonesas de Kioto y Kumamoto, acaba de lograr en el laboratorio un material a base de células de cadáver humano que en los ensayos con perros y ratones se comporta igual que una cuerda vocal artificial, vibrando con la entrada del aire en la garganta y emitiendo sonidos.

Como explica el doctor Welham a través de un correo electrónico, por culpa de ciertas cirugías muy agresivas (por ejemplo, para extirpar un tumor) o debido a algún problema congénito, hay pacientes que pueden sufrir graves pérdidas en sus cuerdas vocales que acaban repercutiendo en su voz. A diferencia de otros tejidos del organismo, esas pequeñas bandas de músculo en nuestra garganta no se regeneran, sino que cicatrizan y se endurecen, causando entonces pérdida del habla.

Hasta ahora, reconocen los propios investigadores, todos los intentos previos por corregir defectos en las cuerdas vocales o incluso por reemplazarlas habían fracasado. «Probablemente, porque los materiales empleados no estaban diseñados específicamente para esta aplicación», apunta Welham, «y no tenían las propiedades mecánicas que se requieren para soportar las vibraciones».

Por eso, en esta ocasión, tomaron células de las propias cuerdas vocales de cadáveres humanos y de pacientes vivos a quienes se les habían tenido que extirpar por alguna patología en los tejidos cercanos (no en las propias cuerdas, que permanecían sanas). Como explicó a través de videoconferencia otro de los autores, Changying Ling, lo primero que hicieron fue separar en estas muestras dos tipos de células diferentes: fibroblastos («que componen la mayoría de este tejido y le confieren su capacidad de vibrar») y células epiteliales (que son las que se alinean en la superficie y actúan como barrera para el aire).

Después de separarlas y purificarlas (pero sin necesidad de ningún otro proceso complejo, por ejemplo, para reprogramarlas o convertirlas en otro tipo de células), los científicos simplemente las colocaron en una especie de matriz en tres dimensiones donde las células fueron multiplicándose hasta recubrirla y poblarla completamente en sólo 14 días. Simplemente las dejaron crecer. «Este tipo de cultivo organotípico ya se ha usado, por ejemplo, para el cultivo de piel artificial, pero nunca antes se había hecho con células de las cuerdas vocales«, explica Welham a este periódico.

Antes de proceder a implantar estos pequeños centímetros artificiales en un ser vivo, los autores del ensayo comprobaron en el laboratorio (mediante una técnica denominada cromotografía líquida) cómo se estaban comportando las células. Y como explicaba también en la videoconferencia Brian Frey desde Wisconsin, las pruebas demostraron que las proteínas de las cuerdas artificiales eran iguales a las de una real, «lo que significaba que las células [epiteliales y fibroblastos] estaban comunicándose entre ellas y produciendo las proteínas necesarias para hacer que este tejido vibrase».

Así se demostró en la primera de las pruebas que hicieron, al trasplantar esa pequeña banda de músculo a varios perros de laboratorio, unos animales cuya garganta es anatómicamente similar a la humana. El tejido trasplantado no sólo vibró normalmente con la entrada del aire, sino que emitió sonidos de manera normalmente.

La última prueba que llevaron a cabo los científicos se realizó con ratones, para comprobar la reacción del sistema inmune ante el tejido extraño procedente de un donante y, sorprendentemente, no se observó ningún rechazo en el organismo de los animales. Tres meses después de la implantación las nuevas cuerdas vocales, seguían siendo operativas en los ratones. Esto hace sospechar a los investigadores que quizás las cuerdas vocales no necesiten el mismo grado de compatibilidad entre donante y receptor que otros órganos trasplantados. «Es posible que, como sabemos que también ocurre en la córnea, este tejido sea de alguna manera inmunoprivilegiado y no sea capaz de iniciar una respuesta inmune de rechazo».

Todas estas cuestiones son las que quedan aún por resolver en un futuro ensayo clínico con humanos, aunque como admite el doctor Welham, ese momento está aún lejos. «Aún nos quedan cuestiones de seguridad, funcionalidad y respuesta inmune que resolver, sobre todo a largo plazo, para que la Agencia Estadounidense del Medicamento [FDA por sus siglas en inglés] nos autorice a iniciar un ensayo en humanos con células de cadáver».

El doctor Jaime Sanabria, otorrino de la Fundación Jiménez Díaz de Madrid, reconoce que en los últimos años ha habido muchos intentos por regenerar el tejido de las cuerdas vocales, aunque hasta ahora con poco éxito. «El trabajo, en el que participa también el doctor Jack Jiang, uno de los popes de la voz, es muy relevante y ofrece uno de los primeros pasos para desarrollar en el futuro tejidos que se puedan trasplantar para reemplazar una cuerda vocal dañada», explica este especialista.

Sin embargo, también es cauto sobre el tiempo que este hallazgo tardará en aplicarse en la clínica y apuesta mientras tanto por la medicina preventiva, por ejemplo, con revisiones más estrechas a los grandes fumadores que permitan detectar precozmente cualquier tumor en la garganta, lo que evitaría cirugías tan agresivas que obliguen a extirpar la laringe con las cuerdas vocales.

 

 

«Es un trabajo muy interesante, pero estamos hablando de la Champions League de la voz, una técnica a la que no va a poder acceder todo el mundo», señala. Hasta ahora, prosigue Sanabria, en algunos casos seleccionados de pacientes con daños en las cuerdas se emplea un gel (radiesse, a base de microesferas de calcio) o bien inyecciones de colágeno para tratar de recuperar algo del volumen perdido y conferir a la voz de estos pacientes un sonido más natural.

Se calcula que un 5% de los pacientes que acuden a una consulta de otorrino lo hace por un problema de voz; una situación que según los datos de Welham en EEUU afectaría a unos 20 millones de personas.

Fuente: El Mundo. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Humano virtual construido a partir de más de 5000 rebanadas de una mujer real

El cuerpo de una mujer estadounidense ha sido reconstruido digitalmente de rodajas muy finas, creando un modelo para experimentos demasiado arriesgado intentar en cuerpos reales

Murió hace dos décadas, pero su cuerpo sigue vivo en forma digital. El cadáver de una mujer estadounidense ha sido rebanado más de 5000 veces para crear el cuerpo digital más detallado del mundo. El «fantasma humano» está disponible en línea y hará posible realizar experimentos que ningún ser humano vivo podría sufrir.

No se sabe mucho acerca de la mujer, ni siquiera su nombre. Todo lo que sabemos es que ella era obesa y murió de enfermedad cardíaca a la edad de 59 en algún lugar de Maryland. Su marido dio permiso para que su cuerpo pudiese ser utilizado por el Proyecto Humano Visible, creado por la Biblioteca Nacional de Medicina en Bethesda, Maryland.

El objetivo original del proyecto era proporcionar sujetos digitales para la educación médica, pero ya los investigadores han comenzado a apreciar su potencial para el modelado de experimentos peligrosos.

Cuando se inició el proyecto, los cuerpos de dos personas, una mujer y un hombre, fueron escaneados ampliamente usando resonancia magnética y tomografía de exploración. Luego fueron congelados, en rodajas finas, que se fotografiaron. Las primeras fotos fueron liberadas de nuevo en la década de 1990, y ha sido accedido miles de veces para investigación. Muchos equipos también han reconstruido en versión digital el cuerpo del hombre juntando las partes (ver «Frankenstein digital» más abajo).

Ahora se ha recreado el cuerpo de la mujer, con mucho mayor detalle. Ella fue digitalizada con una resolución mucho mayor, gracias a que se utilizaron cortes más delgados. El cadáver de sexo masculino fue seccionado a intervalos de 1 milímetro; la mujer a intervalos de sólo un tercio de milímetro.

El cuerpo virtual es un trabajo de Sergey Makarov en el Instituto Politécnico de Worcester en Massachusetts y sus colegas. Utilizaron software para ayudarles a unir las miles de imágenes, y el modelo final fue revisado por cinco médicos, cada uno con una especialidad médica diferente. «Tiene que ser anatómicamente correcto», dice Makarov, quien presentó el trabajo en la reunión Ingeniería de IEEE en la Sociedad de Medicina y Biología (IEEE Engineering in Medicine and Biology Society meeting) en Milán, Italia, el mes pasado.

Su fantasma es la reconstrucción digital más detallada de un cuerpo humano completo. Tiene 231 partes de tejido, que van desde la tráquea a los globos oculares, pero falta el cartílago de la nariz y otras 14 partes del cuerpo.

«Nos llevó mucho trabajo, pero ahora cualquiera puede realizar un experimento en el fantasma en su computadora portátil»

Otros equipos han creado fantasmas de resonancia magnética y con tomografía computarizada de voluntarios vivos, pero la resolución es para nada tan buena. Las exploraciones del cuerpo enteras toman varias horas y cualquier movimiento ligero desenfoca la imagen. Los escáneres también carecen de color, lo cual es importante para la comprensión de los diferentes tejidos, dice Makarov.

«Las imágenes de secciones en color permiten distinguir prácticamente todas las estructuras anatómicas que las conforman», dice Silvia Farcito en la Fundación para la Investigación sobre Tecnologías de la Información en la Sociedad (Foundation for Research on Information Technologies in Society), con sede en Zurich, Suiza, aunque ella dice que los vasos sanguíneos tienden a colapsar en los cadáveres.

«Tienen diez veces más cantidad de información que la que se obtendría de una resonancia magnética», dice Fernando Bello, quien desarrolla simulaciones para procedimientos médicos en el Imperial College de Londres. «Esto significa que el equipo tendrá mucha más información sobre los órganos y su estructura.»

La alta resolución del modelo hace que sea ideal para experimentos virtuales. Cada uno de los tejidos de la mujer tiene un conjunto bien definido de parámetros, como densidad y conductividad térmica. Esto hace que sea posible calcular el impacto que puede causar la radiación, por ejemplo, y diversas técnicas de imagen sobre los tejidos vivos.

«El fantasma nos da una gran oportunidad para estudiar los tejidos humanos sin tener que hacer estudios en humanos, que son largos y costosos», dice Ara Nazarian, un cirujano ortopédico en la Escuela Médica de Harvard, quien está colaborando con Makarov.

Sujeto ideal para pruebas

El equipo de Makarov ya ha comenzado a ejecutar pruebas que son demasiado arriesgadas de intentar en las personas vivas. En uno, le colocaron a su modelo una cadera o fémur de metal, y estudiaron el efecto de ponerlo en un escáner de resonancia magnética. Los implantes metálicos se calientan en el fuerte campo magnético del escáner, y poco se sabe en la actualidad sobre la mejor manera de explorar las personas que los tienen.

Los investigadores puedieron probar lo que sucede en diferentes puntos fuertes del campo magnético, y pasar sus resultados al personal clínico. Los médicos pueden utilizar sus datos para desarrollar procedimientos más seguros y más eficaces de exploración para las personas con implantes.

Tener un fantasma femenino nos permite investigar mejor las enfermedades que afectan con más frecuencia las mujeres, dice Makarov. Tiene la esperanza de mejorar la detección del cáncer de mama, por ejemplo, para dar resultados más fiables de la mamografía.

También está probando el efecto del uso de celulares a largo plazo en el cerebro, evaluando la seguridad de una técnica de estimulación cerebral llamada estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS), que está siendo desarrollado como un posible tratamiento para una variedad de enfermedades, incluyendo la depresión , la demencia, la esquizofrenia y el dolor crónico. «Tenemos un muy buen modelo del cerebro, encerrado en una cáscara de líquido cefalorraquídeo», dice Makarov.

Los primeros resultados sugieren que la tDCS podrían crear corrientes eléctricas más grandes cuando se utiliza más profundamente en el cerebro y en la sustancia blanca, que podrían tener implicaciones en cómo se aplica y cuán seguro es. Makarov señala, sin embargo, que a pesar de que su equipo está ejecutando los experimentos, serán personas con conocimientos especializados los que interpreten los resultados.

La obesidad de la mujer de Maryland hace este modelo virtual particularmente relevante, dice Makarov, dados los altos niveles de obesidad en muchos países hoy en día. Pero debido a que el fantasma es completamente digital, los investigadores también han podido crear dos versiones más delgadas, con menos piel y grasa.

El equipo ha hecho que el modelo sea de libre acceso, y puede ser modificado usando software básico que ya se utiliza en los laboratorios de todo el mundo. «La creación del fantasma tomó mucho trabajo, pero ahora cualquiera puede realizar un experimento en su computadora portátil», dice Nazarian.

Esto significa que la mujer virtual puede ser puesta en interminables pruebas en todo el mundo. «Hay un montón de usos posibles», dice Bello. «Es realmente emocionante.»

Frankenstein Digital

El proyecto de construcción de cuerpos humanos totalmente digitalizados se puso en marcha a mediados de la década de 1980. A excepción de algunas piezas que faltan (véase la historia principal), el modelo virtual femenino se ha completado, pero su contraparte masculina se terminó hace años.

El cuerpo en que se basaba en fue el de Joseph Paul Jernigan, de 39 años de edad, de Texas, declarado culpable de asesinato y condenado a muerte por inyección letal. Las versiones digitales de su cuerpo fueron anunciadas en 2010, pero permanecen presentes las cuestiones éticas sobre el uso de sus datos. Aunque se informó que Jernigan donó su cuerpo voluntariamente a la ciencia, probablemente no podría haber conocido la dimensión en que se utilizaría y distribuiría.

De su cuerpo también habían desaparecido varias piezas. Cuando murió, a Jernigan le faltaba el apéndice, un testículo y varios dientes. Estas partes del cuerpo ya que se han añadido utilizando escáneres de voluntarios vivos.

 

 

Por ejemplo, Pablo Segars la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, utiliza imágenes por resonancia magnética para reemplazar algunas de las partes que faltan. «Terminé la sustitución de ambos testículos y el pene así que todo coincide», dice.

Segars también sustituyó el cerebro de Jernigan, que dijo que parecía anormalmente hinchado. El resultado es un mosaico, casi como el monstruo de Frankenstein, dijo.

Este artículo apareció impreso bajo el título “Virtual woman built from slices”,

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Nanopartículas disfrazadas de fragmentos de células de la sangre se deslizan pasando defensa inmune del cuerpo

Los investigadores dicen que han encontrado una manera de pasar de contrabando nanopartículas portadoras de drogas sobrepasando el sistema inmunológico del cuerpo: camuflándolas para parecerse a fragmentos de células que se encuentran en la sangre humana

Micrografía electrónica de las nanopartículas con recubrimiento de plaquetas

Se pueden diseñar nanopartículas artificiales —creadas a partir de plástico o de metal— para entregar una dosis de medicamento a áreas específicas del cuerpo. Pero a menudo son atacados y tragados por el sistema de defensa natural del cuerpo, que los ve como invasores del exterior.

Las partículas disfrazadas no sólo son capaces de evadir la detección, sino que también explotan las propiedades naturales de las plaquetas para tratar las infecciones bacterianas y para reparar los vasos sanguíneos dañados con más eficacia que las formas convencionales de entrega de medicamentos, informa el equipo. Los investigadores fueron dirigidos por Liangfang Zhang de la Universidad de California, San Diego, y publicaron su trabajo en la revista Nature el 16 de septiembre.

El equipo de Zhang comenzó con partículas de un tamaño de 100 nanómetros hechas del polímero biodegradable PLGA, y las recubrió con membranas extraídas de plaquetas humanas, fragmentos de células encontradas en la sangre que se acumulan en los sitios de daño tisular y comienzan el proceso de coagulación. Esto ayuda a las partículas a evadir el sistema inmune, dicen los autores.

Los investigadores han intentado previamente unir las piezas clave de membranas de plaquetas en nanopartículas para evitar el ataque inmunológico; en particular, la proteína CD47 de la plaqueta. Esa proteína envía una señal «no me comas» al sistema inmunológico del cuerpo, dice Dennis Discher, un nanoingeniero en la Universidad de Pennsylvania en Filadelfia. Sin embargo, las nanopartículas de Zhang cuentan con el conjunto más completo de proteínas de membrana, dice Omid Farokhzad, médico y nanotecnólogo en el Hospital Brigham y de Mujeres en Boston, Massachusetts, que escribió un artículo de News & Views que acompañó el artículo científico.

Asesinos encapuchados

Las nanopartículas recubiertas de plaquetas tienen otras ventajas. Las bacterias como Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM), resistentes a la meticilina, por ejemplo, pueden pegarse a las plaquetas; una característica que explotan para protegerse del sistema inmunológico. Esto hace que, naturalmente, sea más probable que interactúen con nanopartículas recubiertas. Las plaquetas también son atraídas a las áreas específicas del cuerpo donde está ocurriendo el daño tisular.

Las partículas aprovechan las capacidades naturales únicas de las plaquetas», dice Samir Mitragotri, ingeniero químico de la Universidad de California, Santa Barbara, que no participó en el trabajo. «Este un enfoque muy innovador», añade.

El equipo de Zhang inyectó nanopartículas «encapuchadas» —con antibióticos en el interior— en ratones infectados con SARM (Staphylococcus aureus resistente a meticilina). Esto redujo las poblaciones de bacterias SARM en el hígado y el bazo 1.000 veces en comparación a cuando a los ratones se les dio antibióticos convencionales, y requiere sólo una sexta parte de la dosis del fármaco convencional. (En otros órganos, las nanopartículas también fueron más eficaces que la administración convencional de fármacos, pero la diferencia fue menos pronunciada).

El equipo también explotó el hecho de que las plaquetas tienden a migrar a los vasos sanguíneos dañados. Cargaron nanopartículas camufladas con el medicamento llamado docetaxel, para ver si se podía evitar el exceso de engrosamiento de las paredes arteriales dañadas (un efecto que puede causar problemas después de la cirugía). Cuando se inyectaron estas nanopartículas en las ratas que tenían dañados los vasos sanguíneos, las partículas se agruparon en concentraciones más grandes en los sitios dañados que en el tejido sano de las ratas. Y el tratamiento con docetaxel fue más eficaz cuando se administró de esta manera que cuando fue entregado en el torrente sanguíneo sin necesidad de utilizar nanopartículas, mostró el equipo.

Es impresionante la capacidad de administrar dosis altas de medicamentos a esos sitios, evitando las células del sistema inmunológico, llamadas macrófagos, que normalmente destruyen la mayoría de las nanopartículas incluso en los sitios de la enfermedad, dice Discher.

Signos de interrogación

Pero no todo el mundo está convencido de la capacidad de ocultar las partículas. Aunque una pequeña fracción de las partículas se agruparon en los sitios de la enfermedad, la gran mayoría de ellas terminó rápidamente en el hígado y el bazo de los animales; lo que sugiere que la mayoría de las partículas todavía seguían siendo capturadas por las defensas inmunitarias en esos lugares, dice Moein Moghimi, un especialista en productos farmacéuticos nanotecnológicos en la Universidad de Copenhague. Moghimi piensa que se necesita un examen mucho más riguroso de la respuesta inmune del cuerpo a las partículas.

 

 

Zhang dice que su equipo planea a continuación hacer grandes cantidades de estas nanopartículas encapuchadas, y probar su uso en animales más grandes antes de que las terapias lleguen a ser ensayadas en humanos. Debido a que las plaquetas tienden a agruparse alrededor de las células cancerosas en la sangre, así como alrededor de las bacterias, el equipo va a ver a continuación si se podrían utilizar las nanopartículas disimuladas para atacar el cáncer, añade.

El desarrollo de terapias de nanopartículas híbridas que combinen componentes sintéticos y biológicos será un camino largo y lleno de baches, dice Farokhzad. «Pero se trata de una tecnología por la que apostaría. Absolutamente. Creo que la promesa es enorme».

Nature doi: 10.1038/nature.2015.18380

Fuente: Nature News. Aportado por Eduardo J. Carletti

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