Los científicos desarrollan una técnica basada en ultrasonido como herramienta para dirigir el crecimiento y la orientación de las células

Desarrollar métodos confiables para reemplazar tejido muerto o dañado es uno de los principales objetivos de la medicina regenerativa. Con avances constantes en ingeniería de tejidos y biomedicina, los científicos están casi en un punto en el que cultivar láminas de células en el laboratorio y trasplantarlas a órganos dañados o enfermos se está convirtiendo en una realidad y no en una ficción.

En particular, ya se han utilizado láminas de células de mioblastos para tratar con éxito la insuficiencia cardíaca grave, lo que demuestra el potencial de esta tecnología.

Sin embargo, todavía quedan algunos desafíos sin resolver que obstaculizan el uso generalizado de láminas celulares en la medicina regenerativa. En general, las células y la matriz extracelular que las rodea tienen que seguir orientaciones específicas para cumplir adecuadamente sus funciones biológicas. Esto es especialmente importante en las fibras del músculo esquelético, que deben alinearse en una sola dirección.

Desafortunadamente, los mioblastos, que son precursores de las células del músculo esquelético, crecen en direcciones aleatorias cuando se cultivan mediante técnicas convencionales. Esto limita el potencial de las láminas de células de mioblastos para producir músculo esquelético cultivado útil.

En este contexto, un equipo de investigación dirigido por el profesor Daisuke Koyama, de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Doshisha en Japón, ha estado investigando métodos para controlar la orientación de los mioblastos cultivados.

En su último estudio publicado en Informes Científicos El 28 de octubre de 2024, informan sobre una técnica innovadora que utiliza ultrasonidos para promover el crecimiento celular en direcciones específicas. Este estudio fue escrito por el Sr. Ryohei Hashiguchi y el Sr. Hidetaka Ichikawa de la Universidad de Doshisha, junto con el Dr. Masahiro Kumeta de la Universidad de Kyoto, Japón.

El enfoque propuesto utiliza un transductor piezoeléctrico de ultrasonido pegado al fondo de una placa de vidrio circular. Se coloca una placa de cultivo celular de poliestireno normal encima de la placa de vidrio, y se utiliza aceite de silicona como material de acoplamiento para transmitir de manera eficiente las vibraciones ultrasónicas a la superficie del cultivo.

Luego, este sencillo sistema se coloca dentro de una cámara dedicada que controla la temperatura, la humedad y el CO.₂ concentración. Se utiliza un generador de funciones para enviar una señal eléctrica sinusoidal al transductor.

En su estudio, los investigadores realizaron una serie de experimentos utilizando la configuración descrita anteriormente en células C2C12, una cepa de mioblastos de ratón bien estudiada que puede diferenciarse en miotubos.

Específicamente, el equipo investigó los efectos de la frecuencia, amplitud, sincronización y duración de la ultrasonicación en la diferenciación y orientación final de los mioblastos cultivados. Con un análisis cuidadoso utilizando la transformada rápida de Fourier 2D en imágenes de contraste de fase, pudieron evaluar cuantitativamente la direccionalidad de las características de la imagen relacionadas con la orientación de los miotubos.

Los experimentos llevaron a algunas conclusiones interesantes, como señala el profesor Koyama: «Observamos que la distribución de la orientación de las células se correlacionaba con la distribución de la amplitud vibratoria, lo que indica que las células crecían en una dirección que minimizaba las variaciones en el desplazamiento vibratorio a lo largo de sus ejes largos».

En otras palabras, el C2C12 maduró formando miotubos dispuestos circunferencialmente con respecto al centro de la placa. En particular, estas orientaciones circunferenciales de las celdas se observaron incluso en radios superiores a 4 mm donde el desplazamiento vibratorio causado por el transductor ultrasónico era insignificante.

Los investigadores sugirieron que esto podría deberse a la comunicación entre células que se establece transitoriamente entre los mioblastos antes de que se fusionen en miotubos.

Llevando el enfoque propuesto un paso más allá, el equipo realizó una PCR en tiempo real y una inmunotinción para arrojar más luz sobre los efectos inducidos por la ultrasonicación. Observaron que las células sometidas a ultrasonidos exhibían niveles más altos de genes relacionados con la diferenciación, junto con cambios morfológicos característicos asociados con la diferenciación.

En conjunto, estos resultados sugieren que la ultrasonicación promueve la diferenciación de mioblastos en miotubos. Como resultado, la estimulación por ultrasonido podría servir como una alternativa prometedora o complementar los métodos de diferenciación inducidos químicamente.

En general, la estrategia basada en ultrasonido propuesta ofrece un método simple y eficaz para controlar la orientación de las células musculares cultivadas. Sin embargo, es posible que sean necesarias pruebas más exhaustivas para alcanzar un protocolo óptimo.

«La detección de diferentes condiciones de ultrasonido, incluidas diferentes frecuencias, intensidades de salida, tiempos y duración, será crucial para establecer un método optimizado para la formación de miotubos inducida por ultrasonido en el futuro», afirmó el profesor Koyama.

Mejoras adicionales en la estrategia propuesta podrían allanar el camino hacia soluciones innovadoras a los desafíos actuales de la medicina regenerativa que utiliza láminas celulares. Con un progreso continuo, esta tecnología podría conducir a procedimientos clínicos que cambiarán vidas en la próxima década, particularmente en las aplicaciones de tejidos de músculo esquelético cultivados.