Es posible que algún día la ciencia nos proporcione una manera de reemplazar las partes dañadas y enfermas del cuerpo con sustitutos artificiales, pero reproducir órganos y tejidos en el laboratorio no es fácil. Esto es especialmente cierto en el caso de las redes de vasos sanguíneos, que a nivel de capilares finos y filiformes son microscópicos: estos capilares pueden ser tan pequeños como 0,005 milímetros (34 veces más delgados que un cabello humano) y solo permiten el paso de las células sanguíneas en fila india.
Investigadores liderados por un equipo del MIT han publicado un estudio en PNAS que detalla una forma de diseñar vasos sanguíneos en el laboratorio con una precisión significativamente mayor que antes. Es fundamental que los vasos sanguíneos (y, por lo tanto, el flujo sanguíneo) funcionen correctamente para el éxito de cualquier órgano o tejido cultivado en laboratorio, ya que los finos capilares irrigan el tejido, suministrando oxígeno y nutrientes. El nuevo método se basa en el uso de fuerzas magnéticas que estiran y tiran suavemente de las células de los vasos sanguíneos para colocarlas en la posición correcta.
“Los tejidos sanos dependen de redes organizadas de vasos sanguíneos, pero los protocolos más avanzados no permiten fabricar dichas redes dentro de los tejidos artificiales”, afirma la ingeniera mecánica Ritu Raman, del MIT.
“La capacidad de programar el crecimiento de los vasos sanguíneos mediante señales físicas podría permitir la fabricación reproducible y escalable de tejidos artificiales que puedan implantarse en el cuerpo para restaurar la función tras una enfermedad o lesión debilitante”.
El sistema se basa en un pequeño chip que contiene células endoteliales (las células que recubren los vasos sanguíneos), cultivadas en el laboratorio y suspendidas en un gel de colágeno, la proteína que es uno de los componentes básicos más importantes del cuerpo. También se colocó un pequeño imán dentro del chip, que luego fue controlado por varios imanes externos en tres dimensiones. Al ajustar la fuerza sobre el imán del chip, los investigadores pudieron determinar cómo crecían los nuevos vasos sanguíneos.
Se trata de una forma adaptada del mismo método que los investigadores han utilizado anteriormente para crear músculos y nervios artificiales. Al modificar la intensidad de la atracción magnética externa, los investigadores también lograron controlar la longitud y la cantidad de nuevos vasos sanguíneos que aparecían. Aún nos encontramos en una fase inicial de prototipo, pero los resultados preliminares son prometedores.
“La principal conclusión es que estirar el vaso sanguíneo hacia adelante y hacia atrás parece aumentar la cantidad de nuevos capilares que crecen”, dice Raman.
“Las fuerzas mecánicas desempeñan un papel importante en nuestro organismo. Esto significa que, si queremos aumentar o disminuir la cantidad de vasos sanguíneos, acortarlos o alargarlos, o orientarlos en determinadas direcciones, ahora sabemos cómo hacerlo”.
Técnicamente, la formación de nuevos vasos sanguíneos se conoce como angiogénesis, pero los métodos anteriores para recrearla artificialmente no han proporcionado un control suficiente. Actualmente, los vasos sanguíneos se pueden imprimir en 3D o cultivar a partir de células individuales en placas de Petri llenas de nutrientes y otros productos químicos, pero los científicos han estado buscando algo que funcione con mayor precisión.
“Se pueden intentar crear patrones mediante señales químicas, como factores de crecimiento, para dirigir el crecimiento de los vasos sanguíneos, pero no se puede hacer con mucha precisión”, afirma Raman.
“Por lo tanto, necesitamos otros tipos de señales que nos permitan establecer patrones y que nos ayuden a construir tejidos con vasos sanguíneos organizados”.
El equipo de investigación también investigó los mecanismos subyacentes implicados. Repitieron sus experimentos utilizando células modificadas genéticamente para funcionar sin el gen PIEZO1.
Este gen controla los “guardianes celulares”: canales iónicos que regulan la entrada y salida de la célula; en este caso, un tipo específico que responde a la presión mecánica. Se observó una menor formación de vasos sanguíneos al desactivar PIEZO1, lo que demuestra que la activación de los canales iónicos es crucial.
Los siguientes pasos consisten en comprobar la eficacia con la que fluye la sangre a través de las arterias, venas y capilares creados con el chip, y en cultivar órganos y tejidos reales en laboratorio alrededor de la estructura de las células sanguíneas, comenzando por el músculo.
“Actualmente estamos investigando cómo la regulación precisa del crecimiento de los vasos sanguíneos puede ayudar a mejorar la función muscular”, afirma la ingeniera biomédica Jessica Shah, del MIT.
La investigación ha sido publicada en PNAS.
Fuente: Science Alert.
