16/Mar/09

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Tejidos que se construyen a sí mismos

Células especialmente diseñadas se organizan formando microtejidos en tres dimensiones

Células recubiertas con trozos pegajosos de ADN pueden autoensamblarse para formar microestructuras tridimensionales funcionales. Este método de abajo hacia arriba sobre la ingeniería de tejidos, desarrollado por científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory y la Universidad de Berkeley, en California (Estados Unidos), ofrece una solución nueva a uno de los principales problemas del campo: la creación de tejidos multicelulares con estructuras definidas. A diferencia de los métodos de arriba abajo, en los que los científicos construyen estructuras celulares sobre andamios, la nueva técnica permite a los ingenieros de tejidos dictar las interacciones geométricas precisas de las células individuales.

Problema doble:
Dos grupos se han unido para formar un micro-tejido
más grande, y estructuralmente más complejo.
Al ajustar las variables y agregar células
en sucesivas iteraciones, los investigadores esperan
generar conjuntos cada vez más sofisticados.

Los investigadores comenzaron con dos tipos de células: una que secreta una proteína, llamada factor de crecimiento, que necesita la otra para crecer. El coautor Zev Gartner, ahora químico farmacéutico en la Universidad de San Francisco, también en California, le añade recortes de ADN de una sola cadena a las células, que se unieron mediante azúcares especiales incorporadas en su membrana. Los dos tipos de células tenían cadenas complementarias de ADN, que actuaron como una especie de velcro. Cuando las distintas células se combinaron, sus fragmentos complementarios de ADN se unieron en cadenas dobles, ligando así las células. Al unirse a sus asociadas que producen proteínas, las células dependientes de proteína prosperaron. Sin el recubrimiento de ADN, los dos tipos de células no se pueden comunicar, y las células dependientes mueren.

Al variar las concentraciones relativas de los dos tipos de células, los investigadores podrían tratar las células en configuraciones particulares. Por ejemplo, cuando estaban combinadas en una proporción de uno a uno, simplemente formaron parejas. Pero cuando las células dependientes del factor de crecimiento eran mucho más numerosas que sus homólogas, formaban conjuntos tridimensionales característicos con una sola célula secretora de factor de crecimiento en el centro. Los resultados aparecieron el lunes en la edición online matutina de Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Este método proporciona una forma nueva de volver a crear la complejidad del tejido", afirma Ali Khademhosseini, profesor asistente en la División of Health Sciences and Technology del MIT de Harvard y la Harvard Medical School, en Estado Unidos, que no participó del estudio. La mayoría de los métodos de ingeniería de tejidos producen estructuras tridimensionales con la ayuda de materiales que sirven de andamios.

Una vez que se habían formado las micro-estructuras, Gartner y su colega Carolyn Bertozzi, directora del complejo de investigación de nanociencia la Molecular Foundry en el Berkeley Lab, las atraparon en un gel y obtuvieron imágenes en tres dimensiones usando un microscopio de fluorescencia. Como el ADN de la superficie celular no es estable a largo plazo, todavía no queda claro durante cuánto tiempo se sostendrán por sí mismas las estructuras. Actualmente los investigadores están estudiando si las células unidas comenzarán a generar sus propias moléculas de adhesión naturales para mantenerlas unidas cuando los vínculos de ADN desaparezcan.

Hasta el momento, estas microestructuras son rudimentarias: están lejos de la complejidad estructural de un órgano completo. Pero al ajustar la proporción de tipos de células, la densidad del ADN en su superficie y la complejidad de las secuencias de ADN, Gartner y Bertozzi esperan construir cadenas más largas y complejas. "Al jugar con estas variables, podemos predisponer el tipo de estructura que estamos haciendo", asegura Gartner.

Vídeo - Crédito: Laboratorio Bertozzi

Velcro celular: En un método nuevo de ingeniería de tejido de abajo hacia arriba, dos diferentes tipos de células se unen espontáneamente creando microestructuras tridimensionales como esta, cuando se tachonan sus superficies con hebras pegajosas individuales de ADN. Debido a que el ADN de las células rojas es complementario al de las células verdes, es natural que se peguen entre sí, manteniendo a las células juntas.

Si bien este nuevo método no es el primero que enfrenta la ingeniería de tejidos desde abajo hacia arriba, Gartner destaca que es el único capaz de una resolución lo suficientemente precisa como para definir la forma en que las células individuales interactúan con sus vecinas. Y aunque esta técnica no se pueda ampliar, comenta, en principio podría proveer fundamentos estructurales para usar en otros métodos emergentes de abajo hacia arriba, como la impresión de tejidos capa por capa de tejido o la manipulación mediante láser.

Según Khademhosseini es demasiado pronto para saber si la nueva técnica eventualmente producirá tejidos aptos para usar en medicina regenerativa. "Tiene un gran potencial y puede proporcionar terapias en el futuro, pero habrá que superar otros retos para crear un producto clínicamente viable", añade. Por ejemplo, está por ver de dónde provendrían las células para cultivar el tejido, y cómo el cuerpo generaría vasos sanguíneos nuevos para alimentar al tejido trasplantado.

Dan Dimitrijevich, director de Human Tissues and Cell Engineering Laboratories de la University of North Texas Health Science Center (Estados Unidos), es más escéptico. Él duda que el nuevo método pueda generar tejidos estables, seguros, y funcionales que se sostengan al trasplantarlos en un organismo vivo real. "Es una ciencia interesante -declara- pero en lo que respecta a la ingeniería de tejidos, es realmente exagerado".

Aun cuando no se lleve a cabo en términos de medicina regenerativa, Gartner opina que la técnica podría resultar útil como una herramienta para estudiar cómo se comunican los diferentes tipos de células, por ejemplo durante el proceso de generación de un tumor. "Ahora, esto nos da una herramienta nueva para sacar estas estructuras fuera de un huésped humano (donde, obviamente, son muy difíciles de estudiar por una serie de razones técnicas y éticas) y ponerlas en un frasco donde podamos estudiarlas en detalle durante largos períodos de tiempo ", concluye.

Fuente: Technology Review. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard