Las proteínas como herramientas para la reparación de huesos

Cuando William Murphy, profesor asociado de ingeniería biomédica y ortopedia y rehabilitación en la Universidad de Wisconsin-Madison trabaja con algunas de las herramientas más poderosas en biología, su enfoque es desarrollar herramientas que encajen. Las estructuras son similares a las llaves de vaso que se juntan para girar una tuerca de tres cuartos de pulgada en un espacio confinado, o para aflojar un perno de una pulgada con una palanca muy persuasiva que se ha oxidado fuertemente.
Sin embargo, las herramientas de Murphy no son llaves de zócalo sino proteínas, que son mucho más flexibles que las llaves de zócalo y también 100 millones de veces más pequeñas y mientras que un extremo de su herramienta modular se puede conectar al hueso, el otro puede estimular el crecimiento de hueso, cartílago o sangre recipientes.
Darilis Suarez-Gonzalez y Jae Sung Lee del laboratorio Murphy presentarán sus hallazgos en la reunión de la Sociedad de Investigación Ortopédica en San Francisco, que muestran que los implantes ortopédicos "recubiertos por inmersión" con factores modulares de crecimiento pueden estimular el crecimiento de huesos y vasos sanguíneos en las ovejas.
Durante años, los científicos médicos se han sentido intrigados por factores de crecimiento, es decir, proteínas que pueden estimular el crecimiento tisular, sin embargo, estos factores pueden ser demasiado efectivos o no suficientemente específicos y, por lo tanto, provocar cáncer en lugar de crecimiento controlado necesario para la curación.
Murphy desea utilizar los beneficios únicos de este enfoque modular para curar o regenerar huesos, tendones y ligamentos, y especialmente en la cirugía de reemplazo después de que una articulación artificial se ha aflojado o fallado. Al colocar los factores de crecimiento cerca de un nuevo implante a través de la estimulación temporal del hueso, los médicos pueden lograr tiempos de cicatrización más cortos y una buena lucha.
Otra opción podría ser volver a unir los ligamentos al hueso después de las lesiones deportivas y la curación de grandes defectos óseos durante la fusión espinal, la reconstrucción facial o el trauma. Murphy trabaja en colaboración con dos profesores asociados de ortopedia y rehabilitación en la Facultad de Medicina y Salud Pública y dice:

"Ben Graf se enfoca en lesiones de rodilla en medicina deportiva y David Goodspeed, un teniente coronel en el ejército que ha sufrido lesiones por explosiones durante múltiples giras en Iraq, está trabajando en el tipo de herida traumática mayor que creemos que es potencialmente tratable con este enfoque".

Murphy dice que el extremo funcional de la estructura modular puede presentar un fragmento de un factor de crecimiento, pero no la proteína completa. Él continúa:

"A menudo, solo quieres las regiones específicas que activan las vías de señalización, porque eso puede reducir las posibilidades de estimular el crecimiento indeseado, incluso el cáncer".

En el extremo opuesto, Murphy puede colocar una molécula de anclaje, que se une al hueso y evita que la estructura modular migre lejos de la herida.
Explica el enfoque modular, diciendo que "es posible que puedas estimular la formación de hueso sin los efectos secundarios. Estamos tratando de disminuir la estimulación fuera del defecto óseo, tratando de diseñar estas moléculas para generar específicamente un hueso nuevo en un defecto, y quedarse allí ".
Murphy realizó pruebas en animales junto con Mark Markel, un profesor de medicina veterinaria, que demostró que el hueso es más denso alrededor del implante y que la amalgamación entre el implante y el hueso es más duradera que las últimas técnicas ortopédicas modernas. Además, los factores de crecimiento adicionales no se han detectado en ningún otro lugar en el animal.

La ingeniería individual de cada sección de la molécula permite que sus propiedades se puedan adaptar según sea necesario. Murphy dice:

"Podemos tomar estructuras de proteínas similares y modularlas. Si queremos una molécula que se una muy fuertemente a la superficie de un injerto óseo, podemos hacer eso. Si queremos una que libere sobre marcos de tiempo controlables, podemos hacer eso como bien."

Murphy es consciente de que se deben superar muchos obstáculos cuando se da un paso clave para pasar del laboratorio a la clínica y dice:

"Hemos demostrado que esto puede funcionar en un gran modelo animal, clínicamente relevante, pero, en realidad, no creo que esto se use en la clínica en los próximos cinco años".

El enfoque de Murphy está inspirado en la biología. Él no trata de copiar con precisión la comunicación normal entre las células y los tejidos, indicando:

"No estamos interesados ??en imitar específicamente una estructura o función particular, pero la naturaleza utiliza una variedad de mecanismos fundamentales durante el desarrollo y la regeneración, y estamos tomando lecciones de ellos y diseñando sistemas sintéticos para lograr resultados similares. No estamos repitiendo la naturaleza, pero estamos inspirados por la naturaleza ".

Escrito por Grace Rattue