Por primera vez, investigadores de San Diego School of Medicine de University of California y del Institute of Engineering in Medicine, han utilizado tecnologías rápidas de impresión 3D para crear una médula espinal, han conseguido implantarla gracias a un sistema de andamio de forma exitosa en ratas, repleta con células madre neurales en lugares con severos daños.
Los imiplantes descritos en un estudio publicado ayer 14 de enero en la revista Nature Medicine, intentan promover el crecimiento de los nervios alrededor de las heridas de la médula espinal, restaurando la función perdida. En modelos de roedores, estos andamios favorecen el recrecimiento del tejido, la supervivencia de las células madre y la expansión de los axones de las células madre neurales fuera de los andamios y dentro de la médula espinal del huésped.
«En los últimos años y artículos, nos hemos movido progresivamente más cerca del objetivo de disponer de una abundante y de larga distancia regeneración de los axones dañados en lesiones de médula ósea, lago fundamental para una verdadera recuperación de la función física”, asegura el coautor senior, el doctor en Medicina Mark Tuszynski, profesor de neurociencia y director del Translational Neuroscience Institute en UC San Diego School of Medicine. Los axones son largas extensiones con forma de hilo de los nervios celulares, que les permiten conectarse con otras células.
«Este nuevo trabajo nos acerca aún más al objetivo”, añade el también coautor y doctor en Medicina Kobi Koffler, asistente de proyecto en el laboratorio de Tuszynski. “El andamio 3-D recapitula las matrices delgadas y agrupadas de axones en la médula espinal. Ayuda a organizar los axones de regeneración para replicar la anatomía de la médula espinal lesionada previamente«.
El coautor principal y doctor en Medicina Shaochen Chen, profesor de nanoingeniería y miembro del Institute of Engineering in Medicine de la UC San Diego y sus compañeros utilizaron la tecnología de impresión 3D rápida para crear un andamio que imita las estructuras del sistema nervioso central.
«Al igual que un puente, alinea los axones de regeneración de un extremo de la lesión de la médula espinal al otro. Los axones por sí mismos pueden difundirse y volver a crecer en cualquier dirección, pero el andamio mantiene los axones en orden, guiándolos para que crezcan en la dirección correcta para completar La conexión de la médula espinal», segura Chen.
Los implantes contienen docenas de pequeños canales de 200 micrómetros de ancho (el doble del grosor de un cabello humano) que guían el crecimiento de las células madre neurales y los axones a lo largo de la lesión de la médula espinal. La tecnología de impresión utilizada por el equipo de Chen produce implantes de dos milímetros en 1,6 segundos. Las impresoras de boquillas tradicionales demoran muchas horas para producir estructuras mucho más simples.
Este proceso es escalable al tamaño de las médulas espinales humanas. Como prueba de concepto, los investigadores imprimieron implantes de cuatro centímetros modelados con escaners MRI de auténticas lesiones de médula espinal. Pudieron imprimirlas en diez minutos.
«Esto muestra la flexibilidad de nuestra tecnología de impresión 3D”, afirma el coautor y doctor en Medicina Wei Zhu, becario postdoctoral de nanoingeniería en el grupo de Chen. «Podemos imprimir rápidamente un implante que tenga justo la medida para coincidir con la lesión de una espina dorsal, y que se ajuste en tamaño y forma”.
Los investigadores injertaron los implantes de dos milímetros, llenos con células madre neurales, en sitios lesionados de gravedad de la médula espinal en ratas. Después de unos pocos meses, el nuevo tejido de la médula espinal había crecido completamente a través de la lesión y había conectado los extremos cortados de la médula espinal del huésped. Las ratas tratadas recuperaron una mejora motora funcional significativa en sus patas traseras.
«Ésto marca otro paso clave hacia la realización de ensayos clínicos para reparar las lesiones de la médula espinal en las personas«, afirma Koffler. «El andamiaje proporciona una estructura física estable que apoya el injerto y la supervivencia constante de las células madre neurales. Parece que protege a las células madre injertadas del ambiente a menudo tóxico e inflamatorio de una lesión de médula espinal y ayuda a guiar completamente los axones a través del sitio de la lesión«.
Además, los sistemas circulatorios de las ratas tratadas habían penetrado dentro de los implantes para formar redes funcionales de vasos sanguíneos, lo que ayudó a las células madre neurales a sobrevivir.
«La vascularización es uno de los principales obstáculos en la ingeniería de implantes de tejidos que pueden durar en el cuerpo durante mucho tiempo«, dijo Zhu. «Los tejidos impresos en 3-D necesitan vasculatura para obtener suficiente nutrición y eliminar desechos de descarga. Nuestro grupo ha trabajado anteriormente en redes de vasos sanguíneos impresos en 3D, pero no lo incluimos en este trabajo. La biología, naturalmente, se encarga de ello gracias a la excelente biocompatibilidad de nuestros andamios 3D«.
El avance marca la intersección de dos líneas de trabajo de larga tradición en la School of Medicine de UC San Diego y la Jacobs School of Engineering, con un progreso constante e incrementado. Los científicos están actualmente ampliando la tecnología y probando modelos animales más grandes en preparación para posibles pruebas en humanos. Los siguientes pasos también incluyen la incorporación de proteínas dentro de los andamios de la médula espinal que estimulan aún más la supervivencia de las células madre y el crecimiento de los axones.
Fuente: Nature Medicine.
