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Primeros pasos para regenerar extremidades enteras
Según los informes, los primeros pasos para desarrollar extremidades de reemplazo "bioartificiales" que son adecuadas para el trasplante han sido tomadas por un equipo del Hospital General de Massachusetts en Boston, que escribe sobre su trabajo con un modelo animal en la revista Biomateriales.
Los investigadores eliminaron el tejido de las extremidades anteriores de las ratas, pero conservaron la vasculatura primaria y la matriz nerviosa.
Crédito de la imagen: Dr. Bernhard Jank / Ott Laboratory
Más de 1.5 millones de estadounidenses han perdido una extremidad. Las extremidades protésicas han avanzado mucho en función y apariencia, pero los autores del nuevo documento reconocen que los dispositivos aún tienen muchas limitaciones.
Algunos pacientes en los últimos 20 años han recibido trasplantes de mano de donantes, pero este procedimiento viene acompañado de riesgos de por vida de la terapia inmunosupresora.
Este problema podría resolverse utilizando las propias células progenitoras del paciente para regenerar el tejido de una nueva extremidad, en lugar de depender de un donante, pero aún no se ha diseñado una matriz o un andamiaje adecuado en el que los científicos puedan desarrollar el nuevo tejido .
"La naturaleza compuesta de nuestras extremidades hace que la construcción de un reemplazo biológico funcional sea particularmente desafiante", explica el autor principal, el Dr. Harald Ott, del Departamento de Cirugía del Hospital General de Massachusetts y del Centro de Medicina Regenerativa.
El Dr. Ott continúa:
"Las extremidades contienen músculos, huesos, cartílagos, vasos sanguíneos, tendones, ligamentos y nervios, cada uno de los cuales debe ser reconstruido y requiere una estructura de soporte específica llamada matriz. Hemos demostrado que podemos mantener la matriz de todos estos tejidos en sus relaciones naturales entre sí, que podemos cultivar toda la construcción durante períodos prolongados de tiempo, y que podemos repoblar el sistema vascular y la musculatura ".
En modelos animales, el Dr. Ott y sus colegas han sido capaces de regenerar riñones, hígados, corazones y pulmones, utilizando una solución de detergente para extraer células vivas del órgano del donante, que luego se repoblarán con células progenitoras apropiadas.
Sin embargo, el nuevo estudio representa el primer uso de esta técnica para diseñar un miembro bioartificial, que es más complejo.
Se eliminó material celular de las extremidades de ratas muertas, pero se conservó la matriz nerviosa
En ratas fallecidas, los investigadores eliminaron el material celular de las extremidades anteriores de los animales en el transcurso de una semana, pero conservaron la vasculatura primaria y la matriz nerviosa. Este material restante proporcionó una estructura para todos los tejidos compuestos requeridos por la extremidad.
Esta matriz de extremidades anteriores fue poblada por cultivos de células musculares y vasculares en un biorreactor. Las células vasculares se inyectaron en la arteria principal de la extremidad, en un esfuerzo por regenerar las venas y las arterias. Las células progenitoras, mientras tanto, se inyectaron en vainas en la matriz que definen las posiciones musculares.
La extremidad se estimuló eléctricamente después de 5 días para estimular la formación muscular. Después de 2 semanas, la extremidad se retiró del biorreactor. Los investigadores encontraron que la estimulación eléctrica causó que las nuevas fibras musculares se contrajeran con una fuerza que era 80% mayor que la de una rata recién nacida.
Cuando las extremidades anteriores fueron trasplantadas en ratas receptoras, rápidamente comenzó a circular sangre en la nueva extremidad, y cuando los músculos dentro del injerto fueron estimulados eléctricamente, las muñecas y las articulaciones digitales de las patas de las ratas se flexionaron de manera apropiada.
El equipo también descelularizó los antebrazos de mandril con éxito, lo que según afirman los autores confirma la viabilidad de utilizar la técnica en una escala similar a la de los pacientes humanos.
Sin embargo, los investigadores todavía enfrentan el desafío de reintegrar los nervios regenerados de una extremidad regenerada en el sistema nervioso del receptor.
"En el trasplante clínico de extremidades, los nervios vuelven a crecer en el injerto, lo que permite el movimiento y la sensación, y hemos aprendido que este proceso está en gran medida guiado por la matriz del nervio dentro del injerto", dice el Dr. Ott.
El Dr. Ott espera que la misma lógica se aplique a los injertos bioartificiales. A continuación, el equipo intentará la regeneración muscular utilizando células humanas, antes de expandir el proceso a los huesos humanos, el cartílago y el tejido conectivo.
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