Un implante impreso en 3D promueve el crecimiento de células madre neurales para tratar la lesión medular (Nat Med)


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Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de California en San Diego y el Instituto de Ingeniería en Medicina (Estados Unidos) han utilizado tecnologías de impresión 3D rápidas para crear una médula espinal, y luego han implantado con éxito ese andamio, cargado con células madre neurales, en sitios de la médula espinal con lesión severa en ratas.

Los implantes, descritos en un estudio publicado en Nature Medicine, tienen como objetivo promover el crecimiento de los nervios en las lesiones de la médula espinal, restablecer las conexiones y la pérdida de la función. En modelos de rata, los andamios soportaron el recrecimiento del tejido, la supervivencia de las células madre y la expansión de los axones de las células madre neurales desde el andamio hasta la médula espinal del huésped.

"En los últimos años y documentos, nos hemos acercado progresivamente al objetivo de la abundante regeneración a larga distancia de los axones lesionados en la lesión de la médula espinal, que es fundamental para cualquier restauración verdadera de la función física", explica el autor principal, Mark Tuszynski. Los axones son las extensiones largas en forma de hilo en las células nerviosas que conectan con otras células.

"El nuevo trabajo nos acerca aún más a lo real -añade el coautor Kobi Koffler- porque el andamio 3D recapitula las matrices delgadas y agrupadas de axones en la médula espinal. Ayuda a organizar axones de regeneración para replicar la anatomía de la médula espinal prelesionada".

El coautor principal Shaochen Chen y colegas utilizaron la tecnología de impresión 3D rápida para crear un andamio que imite las estructuras del sistema nervioso central. "Del mismo modo 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", explica Chen.

Los implantes contienen docenas de pequeños canales de 200 micrómetros de ancho (dos veces el ancho de un cabello humano) que guían el crecimiento de las células madre neurales y el axón 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 de tamaño en 1,6 segundos. Las impresoras de boquillas tradicionales tardan varias horas en producir estructuras mucho más simples.

El proceso es escalable al tamaño de la médula espinal humana. Como prueba de concepto, los investigadores imprimieron implantes de un tamaño de cuatro centímetros modelados a partir de exploraciones de resonancia magnética de lesiones reales de la médula espinal humana. Estos fueron impresos dentro de los diez minutos.

"Esto muestra la flexibilidad de nuestra tecnología de impresión 3D -subraya el coautor Wei Zhu-. Podemos imprimir rápidamente un implante que sea justo para que coincida con el sitio lesionado de la médula espinal del huésped, independientemente del tamaño y la forma".

Los científicos injertaron los implantes de 2 milímetros, cargados con células madre neurales, en sitios de lesión grave 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 obtuvieron una mejora motora funcional significativa en sus patas traseras.

"Esto marca otro paso clave hacia la realización de ensayos clínicos para reparar las lesiones de la médula espinal en las personas -dice Koffler-. El andamiaje proporciona una estructura física estable que apoya el injerto y la supervivencia constantes de las células madre neurales. Parece que protege a las células madre injertadas del ambiente a menudo tóxico e inflamatorio de una lesión de la médula espinal y ayuda a guiar 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 mucho tiempo", dice Zhu.

"Los tejidos impresos en 3D necesitan la vasculatura para obtener suficiente nutrición y desechos de descarga. Nuestro grupo ha trabajado anteriormente en redes de vasos sanguíneos impresos en 3D, pero no las incluimos en este trabajo. La biología, naturalmente, se encarga de ello por nosotros debido a la excelente biocompatibilidad de nuestros andamios 3D".

El avance marca la intersección de dos líneas de trabajo de larga duración en la Escuela de Medicina de la UC San Diego y la Escuela de Ingeniería Jacobs, con un progreso constante e incremental. 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 incorporar 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.