Investigadores de Duke utilizan terapia génica para guiar a las células madre para que se conviertan en nuevo cartílago sobre un andamiaje sintético, incluso después de haberlas implantado en un cuerpo vivo
Combinando un material de soporte sintético con técnicas de suministro de genes, investigadores de la Universidad de Duke están acercándose a la capacidad de generar cartílago de reemplazo allí donde se necesita en el cuerpo.
Normalmente, realizar una reparación de tejidos con células madre requiere la aplicación de grandes cantidades de proteínas de factor de crecimiento, una tarea que es muy cara y se vuelve difícil una vez que el material a desarrollar se implanta dentro de un cuerpo. En un nuevo estudio, sin embargo, investigadores de la Duke encontraron una manera de evitar esta limitación al alterar genéticamente las células madre para hacer que ellas mismas produzcan todos los factores de crecimiento necesarios por su cuenta.
Incorporaron los virus que se utilizan para llevar la terapia génica a las células madre dentro de un material sintético que sirve como plantilla para el crecimiento del tejido. El material resultante es como una computadora, el andamiaje proporciona el hardware y el virus proporciona el software que programa a las células madre para producir el tejido deseado.
El estudio fue publicado en línea la semana del 17 de febrero en Proceedings of the National Academy of Sciences (Actas de la Academia Nacional de Ciencias).
Una representación artística de las células madre humanas en los armazones de polímero. Foto cortesía de Charles Gersbach y Farshid Guilak, la Universidad de Duke
Farshid Guilak, director de investigación ortopédica en el Centro Médico de la Universidad de Duke, ha pasado años desarrollando un andamiaje biodegradable sintético que imita las propiedades mecánicas del cartílago. Uno de los desafíos que enfrentan él y todos los investigadores biomédicos es conseguir células madre para formar cartílago dentro y alrededor de esos armazones, sobre todo después de haberlos implantado en un ser vivo.
El abordaje tradicional ha sido introducir proteínas de factor de crecimiento, que le aportan señales a las células madre para que se diferencien en cartílago. Una vez que el proceso está en marcha, el cartílago en crecimiento se puede implantar cuando sea necesario.
«Pero una limitación importante en la ingeniería de reemplazos de tejido ha sido la dificultad en entregarles los factores de crecimiento a las células madre una vez que se implantan en el cuerpo», dijo Guilak, quien además es profesor en el Departamento de Ingeniería Biomédica de Duke. «Hay un límite en la cantidad de factor de crecimiento que se puede poner en los armazones, y una vez que se los coloca, se acabó. Necesitamos un procedimiento para administrar a largo plazo los factores de crecimiento, y ahí es donde la terapia genética entra en juego».
Una vista microscópica utilizando microscopía electrónica de las células madre humanas y virales portadores de genes que se adhieren a las fibras de una estructura de polímeros. Foto cortesía de Charles Gersbach y Farshid Guilak, la Universidad de Duke
Pero los métodos convencionales para la terapia génica son complejos y difíciles de trasladar a una estrategia que pueda ser factible como producto comercial.
Este tipo de terapia génica generalmente requiere reunir células madre, modificarlas con un virus que les transfiere los nuevos genes, cultivar las células madre genéticamente alteradas resultantes hasta que alcanzan una masa crítica, aplicarlas a los andamios de cartílago sintético y, finalmente, implantar en el cuerpo.
«Hay algunos desafíos en ese proceso, uno de ellos es que hay demasiados pasos adicionales», dijo Gersbach. «Por eso recurrimos a una técnica que yo había desarrollado anteriormente que añade los virus que llevan los nuevos genes en la superficie del material.»
El nuevo estudio utiliza la técnica de Gersbach —aporte de genes por medio de un biomaterial— para inducir a las células madre situadas en el cartílago sintético de soporte de Guilak, y así producir proteínas del factor de crecimiento. Los resultados muestran que la técnica funciona y que el material compuesto resultante es al menos tan bueno bioquímica y biomecánicamente como si se introdujeron los factores de crecimiento en el laboratorio.
«Queremos que el nuevo cartílago se forme en y alrededor del andamio sintético a una velocidad que pueda igualar o superar la degradación del andamio», dice Jonathan Brunger, un estudiante graduado que ha dedicado su tiempo tanto en el laboratorios de Guilak como en el de Gersbach, desarrollando y probando la nueva técnica. «Así, mientras que las células madre están haciendo nuevos tejidos (en el cuerpo), el andamio puede soportar la carga de la articulación. En el caso ideal, uno podría finalmente terminar con un sustituto del tejido de cartílago viable reemplazando el material sintético».
Aunque este estudio se centra en la regeneración de cartílagos, Guilak y Gersbach dicen que la técnica se podría aplicar a muchos tipos de tejidos, especialmente tejidos ortopédicos tales como tendones, ligamentos y huesos. Y debido a que la plataforma está preparada para ser utilizada con cualquier célula madre, presenta un paso importante hacia la comercialización.
Fuente: Duke University. Aportado por Eduardo J. Carletti
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