El corazón diseñado por ingeniería tisular se acerca más con nanocables integrados

Al agregar diminutos sensores electrónicos de nanocables en estructuras tridimensionales diseñadas por ingeniería genética, los científicos han desarrollado una forma de controlar el comportamiento celular que podría avanzar en el tratamiento de enfermedades cardíacas y neurológicas y acelerar el desarrollo de corazones diseñados con tejidos.
Los investigadores ya saben cómo controlar la forma tridimensional del tejido diseñado: hacen crecer las células en andamios minúsculos y esponjosos. Estos luego se implantan en pacientes o se usan para estudiar el efecto de nuevos medicamentos en el laboratorio.
Y también han podido incorporar sensores electrónicos en el tejido bidimensional, que crecen como capas planas. Pero estos no replican la verdadera naturaleza tridimensional del tejido.
Ahora en un nuevo estudio de EE. UU. Publicado en línea en Materiales de la naturaleza Esta semana, los investigadores del MIT, la Universidad de Harvard y el Hospital Infantil de Boston explican cómo han llevado esta tecnología un paso más allá para crear tejido de ingeniería 3D real integrado con sensores electrónicos en el andamio subyacente.
En un reciente comunicado de prensa, el autor principal Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch en el MIT, dice que están muy entusiasmados con el logro:
"Nos acerca un paso más para crear algún día un corazón diseñado con tejidos, y muestra cómo los nuevos nanomateriales pueden desempeñar un papel en este campo". dice Langer.
Los sensores están hechos de nanohilos de silicio y se pueden usar para monitorear la actividad eléctrica en el tejido alrededor del andamio, dicen los investigadores.
También podrían usarse para controlar la liberación de drogas o para evaluar el efecto de nuevas drogas, por ejemplo, en el latido del tejido cardíaco.

Andamio de epoxy 3D con nanohilos de silicio

Los investigadores hicieron el andamio 3D de epoxy, un material no tóxico, y lo incorporaron nanocables de silicio que transportan señales eléctricas desde y hacia las células cultivadas en la estructura.
Los nanocables tienen entre 30 y 80 nanómetros de grosor, lo que es aproximadamente 1.000 veces más delgado que el cabello humano.
Una vez que los nanocables están en su lugar, el andamio se siembra con células y el conjunto finalmente se convierte en tejido de ingeniería 3D incrustado con múltiples sensores pequeños.
El equipo eligió el silicio para los electrodos de nanocables porque son estables, lo suficientemente pequeños y se pueden implantar de forma segura. También son más sensibles a la electricidad que los cables metálicos. Pueden detectar actividad eléctrica de menos de una milésima de vatio, que es aproximadamente el nivel de una sola célula.

Monitoreo de células y vasos sanguíneos

En el Materiales de la naturaleza En papel, los investigadores describen cómo crecieron el tejido cardíaco, neuronal y muscular utilizando sus andamios incrustados en electrodos.
En el experimento del tejido cardíaco también monitorearon la respuesta celular a la noradrenalina, un neurotransmisor que es liberado por las neuronas del corazón para estimular el ritmo cardíaco.
En otro experimento, el equipo utilizó los andamios incrustados en nanocables para hacer crecer los vasos sanguíneos y mostró que los sensores incrustados podían monitorear los cambios en los niveles de pH dentro y fuera de los vasos.
La implantación de dicho dispositivo en pacientes podría ayudar a los médicos a controlar las inflamaciones y otros eventos bioquímicos.
Los investigadores dicen que quieren diseñar tejidos que no solo controlen los eventos eléctricos y químicos, sino que también respondan a ellos, por ejemplo, liberando un medicamento.

Tal dispositivo se comportaría como un circuito cerrado de retroalimentación, de forma similar al sistema nervioso autónomo. El sistema detecta un cambio en el cuerpo y envía una acción correctiva en respuesta.
Gordana Vunjak-Novakovic, profesora de ingeniería biomédica en la Universidad de Columbia, dice que hay una gran necesidad de células modificadas que respondan a los estímulos eléctricos. Por ejemplo, sería un gran paso hacia nuevas formas de tratar enfermedades cardíacas y neurológicas.
"Este es un bello ejemplo de cómo la nanoelectrónica se puede combinar con la ingeniería de tejidos para controlar el comportamiento de las células". dice Vunjak-Novakovic, quien no participó en el estudio.
El equipo ahora probará las propiedades mecánicas del andamio antes de proceder con ensayos con animales.
Los fondos de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación McKnight y el Boston Children's Hospital ayudaron a pagar el estudio.
Escrito por Catharine Paddock PhD