Un avance innovador en materiales de Northwestern University podría ayudar a los pacientes que requieren terapias con células madre para lesiones de la médula espinal, accidente cerebrovascular, enfermedad de Parkinson, enfermedad de Alzheimer, artritis o cualquier otra condición que requiera regeneración tisular, según un nuevo estudio.

“Es importante en el contexto de las terapias celulares para las personas curar estas enfermedades o regenerar los tejidos que ya no son funcionales”, dijo el autor principal Samuel I. Stupp, director del Instituto de BioNanotecnología Simpson Querrey de Northwestern y del Consejo de Fideicomisarios. Ingeniería, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica.
El estudio fue publicado hoy, 10 de julio, en Nature Communications.

Las células en nuestro cuerpo constantemente se señalan con muchos tipos de instrucciones provenientes de proteínas y otras moléculas presentes en las matrices que las rodean. Por ejemplo, estos pueden ser indicios de que las células expresan genes específicos para que puedan proliferar o diferenciarse en varios tipos de células que conducen al crecimiento o la regeneración de los tejidos. Una de las maravillas de esta maquinaria de señalización es la capacidad incorporada en los organismos vivos para detener y reiniciar las señales según sea necesario, o para apagar una señal y activar una diferente para orquestar procesos muy complejos. La construcción de materiales artificiales con este tipo de capacidad dinámica para terapias regenerativas ha sido prácticamente imposible hasta ahora.

El nuevo trabajo publicado hoy informa el desarrollo del primer material sintético que tiene la capacidad de disparar reversiblemente este tipo de señalización dinámica. La plataforma no solo podría conducir a materiales que administren células madre para terapias regenerativas más efectivas, sino que también permitirá a los científicos explorar y descubrir en el laboratorio nuevas formas de controlar el destino de las células y sus funciones.

Uno de los hallazgos es la posibilidad de utilizar el material sintético para señalar que las células madre neurales proliferan, luego, en un momento específico seleccionado por el operador, desencadenan su diferenciación en neuronas y luego devuelven las células madre a un estado proliferativo bajo demanda.

El documento también informa que las células madre neuronales de la médula espinal, inicialmente agrupadas en estructuras conocidas como “neuroesferas”, pueden ser dispersadas y diferenciadas usando una señal. Pero cuando esta señal se apaga, las células se vuelven a agrupar espontáneamente en colonias. Esto revela interacciones fuertes entre estas células que podrían ser importantes para comprender las señales de desarrollo y regenerativas.

El uso potencial de la nueva tecnología para manipular células podría ayudar a curar a un paciente con la enfermedad de Parkinson. Las células de la piel del paciente podrían convertirse en células madre utilizando las técnicas existentes. La nueva tecnología podría ayudar a expandir las células madre recién convertidas in vitro, en el laboratorio, y luego impulsar su diferenciación en neuronas productoras de dopamina antes del trasplante de vuelta al paciente.
En la nueva tecnología, los materiales están químicamente decorados con diferentes hebras de ADN, cada una diseñada para mostrar una señal diferente a las células. Para activar las señales a las células, se añaden moléculas solubles que contienen cadenas de ADN complementarias acopladas a péptidos al material para crear dobles hélices de ADN que muestran la señal. Al agregar algunas gotas del conjugado de ADN-péptido, se administra una luz verde para producir más células madre. El enfoque para proporcionar el material con inteligencia dinámica es exponer la superficie a una molécula de ADN soluble monocatenaria diseñada para “agarrar” la cadena que contiene señal del dúplex y formar una nueva doble hélice de ADN. Este dúplex nuevo ya no está unido a la superficie del material y se lava, lo que desactiva la señal biológica. Para volver a activar la señal, todo lo que se necesita es introducir ahora una nueva copia de ADN monocatenario con una señal que se volverá a conectar a la superficie del material.
“A la gente le encantaría tener terapias celulares que utilizan células madre derivadas de sus propios cuerpos para regenerar el tejido”, dijo Stupp. “En principio, esto eventualmente será posible, pero uno necesita procedimientos que sean efectivos para expandir y diferenciar las células para poder hacerlo. Nuestra tecnología lo hace”.
Si bien este proceso actualmente solo se realiza in vitro con la visión de células en transplante, Stupp dijo que en el futuro podría ser posible realizar este proceso in vivo. Las células madre se implantarían en la clínica, encapsuladas en el tipo de material descrito en el nuevo trabajo, a través de una inyección y dirigidas a un punto específico. Entonces, las moléculas solubles se administrarían al paciente para manipular la proliferación y la diferenciación de las células trasplantadas.

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