Ingeniería de una sonrisa: conductos basados ​​en células madre restauran la función del nervio facial en un estudio con animales

Un gesto tan simple como una sonrisa muchas veces puede transmitir lo que las palabras no pueden transmitir. Esto es parte de por qué la comunicación no verbal es tan central para la interacción humana. Esta es también la razón por la que los trastornos y lesiones del nervio facial pueden ser devastadores.

Estas afecciones generalmente se tratan con tejido nervioso extraído de otras partes del cuerpo del paciente, lo que se conoce como autoinjertos. Esta técnica para reparar nervios lesionados presenta problemas para los pacientes, como daño al sitio donante y las probabilidades de recuperación funcional son casi un lanzamiento de moneda. En el pasado se han explorado alternativas sintéticas, pero aún no están a la altura del rendimiento de los autoinjertos.

Es posible que los bioingenieros de la Universidad de Pittsburgh hayan desarrollado una nueva solución con la ayuda de algunos de los mejores ingenieros de la naturaleza: las células madre. Aprovechando la capacidad de estas células para crear un entorno restaurador, el equipo produjo conductos implantables que actúan como puentes, proporcionando guía direccional, mecánica y bioquímica para que los nervios lesionados se regeneren a través de grandes espacios.

Los experimentos en los nervios faciales de ratas demostraron que la tecnología coincidía con los autoinjertos. Estos resultados fueron publicado en el Revista de ingeniería neuronal.

«Nos apoyamos en la idea de que las células saben lo que están haciendo y saben cómo producir tejido», dijo la profesora de bioingeniería y ciencias orales y craneofaciales Fatima Syed-Picard, Ph.D., autora principal del estudio. «Estos tejidos diseñados terminaron siendo más biomiméticos que muchos otros soportes derivados sintéticamente utilizados en la ingeniería de tejidos».

Poner las neuronas en línea

Para reparar los nervios, las largas proyecciones que se extienden desde las neuronas, llamadas axones, deben volver a crecer y reconectarse al tejido apropiado. Con los autoinjertos, lo primero es lento y lo segundo no es garantía, ya que muchos pacientes experimentan actividad muscular no deseada debido a que los nervios han vuelto a crecer y se conectan al tejido equivocado.

Los investigadores han utilizado poblaciones de células específicas para acelerar el crecimiento, como células de apoyo neuronal y células madre, que producen biomoléculas que ayudan a la regeneración del tejido neuronal. Para orientar el tejido en crecimiento de modo que los axones alcancen los objetivos adecuados, los investigadores han diseñado andamios de tejido sintético con características, como ranuras, que actúan como guías para las neuronas en regeneración.

«Es difícil incrustar y distribuir células de manera uniforme en armazones sintéticos sin dañarlas. Otra preocupación es tratar de lograr que estos armazones coincidan con la complejidad estructural del tejido innato», dijo la primera autora Michelle Drewry, Ph.D., quien realizó esta investigación mientras estudiante de posgrado en la Universidad de Pittsburgh.

Muchos tipos de células del cuerpo crean o remodelan con frecuencia el andamiaje biomolecular que las rodea, conocido como matriz extracelular (MEC). Entonces, en lugar de crear ellos mismos estructuras de tejido desde cero, los investigadores pensaron que podría ser mejor dejar que las células hicieran las suyas propias.

Los autores del estudio probaron esta hipótesis con células madre de la pulpa dental (DPSC), una población de células resistentes y fácilmente disponibles que producen proteínas que estimulan el crecimiento nervioso. Después de extraer estas células de muelas del juicio adultas proporcionadas por la Facultad de Medicina Dental de la Universidad de Pittsburgh, los investigadores las pusieron a trabajar.

Querían dar a las DPSC la libertad de crear ECM pero, al mismo tiempo, empujarlas a crear un entorno propicio para soportar axones alineados. Para lograr esto, los investigadores fabricaron moldes de caucho con hileras de ranuras de 10 micrómetros de ancho y luego los cubrieron con DPSC. Después de varios días, las DPSC secretaron ECM alineada a su alrededor, formando finas láminas biológicas. Luego, los autores despegaron las láminas de las plantillas de goma y las enrollaron formando conductos cilíndricos.

Los investigadores utilizaron este método para hacer un tipo de vendaje en un estudio previoque regeneró con éxito los axones de un nervio aplastado. Con su nuevo trabajo, intentaron superar un obstáculo mayor al utilizar el conducto para cerrar una brecha de 5 milímetros en el nervio facial de ratas, un defecto tan grande que el nervio no podría curarse por sí solo.

Específicamente, implantaron sus conductos alineados en huecos hechos en la rama bucal del nervio facial. A modo de comparación, el equipo también implantó autoinjertos en otro grupo de ratas.

«La rama bucal es la parte del nervio facial que ayuda a sonreír. Es una gran parte de tu calidad de vida porque es una parte importante de cómo te comunicas con otras personas y cómo te ven en el mundo. nervio puede tener un efecto que cambia la vida», afirmó Drewry.

Cruzando el puente

Doce semanas después de la implantación, los autores evaluaron qué tan bien se habían regenerado los axones, principalmente mediante histología. Descubrieron que sus conductos fabricados por células contenían axones regenerados en toda su longitud. Y, en general, la densidad y el número de axones fueron similares a los que encontraron en los autoinjertos.

Los indicadores de axones en desarrollo prevalecieron en los conductos, lo que sugiere que la regeneración puede haber sido más sólida con el tiempo adicional, anotó Drewry.

Pero, ¿todo este tejido regenerado se tradujo en una función mejorada? Para averiguarlo, los autores estimularon eléctricamente los nervios de un extremo y midieron el movimiento de los bigotes de los animales del otro lado. Las pruebas demostraron que los movimientos de las ratas a las que se les implantaron conductos estaban a la par de los de las tratadas con autoinjertos.

El laboratorio de Syed-Picard tiene como objetivo comprender mejor las funciones que desempeñan la ECM y las células en la curación y luego utilizar esa información para mejorar su tecnología. Por ejemplo, además de estimular el nuevo crecimiento directamente, los conductos también pueden ayudar a amortiguar la inflamación, explicó Syed-Picard.