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Las láminas musculares artificiales transforman las células madre en hueso

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<div data-thumb = "https://scx1.b-cdn.net/csz/news/tmb/2020/artificialmu.jpg" data-src = "https://scx2.b-cdn.net/gfx/ news / 2020 / artificialmu.jpg "data-sub-html =" La lámina de actuador de polímero con memoria de forma recubierta con células madre encogidas cuando está fría (izquierda) y estirada cuando se calienta (derecha). Crédito: Actuadores de lámina polimérica con bioinstructividad programable, Zijun Deng, Weiwei Wang, Xun Xu, Oliver Gould, Karl Kratz, Nan Ma y Andreas Lendlein, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, 2020, doi: 10.1073 / pnas.1910668117″>

Los materiales específicamente programados pueden, bajo condiciones específicas, alentar a las células madre a transformarse en células óseas, como lo reveló un equipo de investigación alemán bajo el liderazgo del Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Centro de Investigación de Materiales y Costas. Para hacer esto, los científicos implementaron un llamado polímero de memoria de forma en la investigación con células madre. El estudio fue publicado hoy en la reconocida revista, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.


Las células madre son conocidas por su capacidad de convertirse en muchos tipos diferentes de células, ya sean células musculares, cartílagos o células óseas. Al igual que el cuerpo del que forman parte, las células madre perciben lo que sucede a su alrededor y reaccionan en consecuencia. Durante décadas, los investigadores han estado aprendiendo cómo dirigir este proceso de diferenciación cambiando el entorno de las células. El conocimiento adquirido ya se está utilizando en la ingeniería de tejidos, en otras palabras, para generar materiales sustitutos que restauran o mantienen tejidos biológicos dañados. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones se han realizado sobre andamios estáticos. Ahora, los investigadores del Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), el Centro de Terapias Regenerativas de Berlín-Brandenburgo, la Freien Universität Berlin y el Instituto Virtual Helmholtz de Biomateriales Multifuncionales en medicina han utilizado un andamio dinámico.

Nuevo método

Los investigadores tomaron una lámina de polímero que actúa como un músculo artificial. La hoja tiene la propiedad inusual de que está entrenada para transformarse reversiblemente cuando se expone a cambios repetidos de temperatura. Los investigadores simplemente moldearon una rejilla en la parte inferior de la lámina y la programaron para que se estirara a medida que la temperatura pasaba de la temperatura corporal (37 ° C) a 10 ° C y se contraía cuando se volvía a calentar. Luego sembraron la hoja con células madre y observaron cuidadosamente la forma cambiante de la hoja y las celdas cuadriculadas. Con la ayuda de este "músculo artificial", los científicos podrían usar una señal física, el cambio de temperatura, para enviar simultáneamente una segunda señal mecánica a las células madre. Con estos estímulos sincronizados es posible alentar a las células madre a convertirse en células óseas.

"Nuestra hoja de actuador de polímero tiene una función llamada memoria de forma. En nuestros experimentos, esto le permite actuar como un transductor, con el cual podemos instruir efectivamente a las células para que hagan lo que queramos. Descubrimos que los cambios en la temperatura, combinado con el movimiento de estiramiento repetido de la película fue suficiente para alentar a las células madre a diferenciarse en células óseas ", explicó el profesor Andreas Lendlein, autor del artículo y director del Instituto de Ciencias Biomateriales de HZG en Teltow, Alemania.

Las láminas musculares artificiales transforman las células madre en hueso

Aplicación potencial en fracturas óseas complejas

"Las láminas de polímero programadas podrían, por ejemplo, luego ser utilizadas para tratar huesos rotos tan severamente que el cuerpo no puede repararlo por sí mismo. Las células madre de la médula ósea de un paciente podrían cultivarse en la lámina y envolverse adaptativamente alrededor del hueso durante una operación. Las células previamente "entrenadas" podrían entonces fortalecer directamente los huesos ", dijo el profesor Lendlein. Dado el reciente informe en New Scientist de una operación exitosa a 10 ° C en la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland, tales implantes médicos podrían convertirse en otra herramienta más en el conjunto de herramientas de un cirujano.



Más información: Zijun Deng el al., "Actuadores de láminas poliméricas con bioinstructividad programable" PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1910668117

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