Créditos de las imagenes: Oficina de prensa del Technion..
Científicos del Instituto de Tecnología Technion-Israel y el Instituto de Ciencia Weizmann revelan las fuerzas mecánicas que influyen en la organización espacial de los vasos sanguíneos
Científicos israelíes del Technion el Instituto de Ciencia Weizmann combinaron recientemente la experiencia de un grupo en ingeniería de tejidos con la experiencia del otro en la física de sistemas complejos.
Sus hallazgos, que fueron publicados en la revista científica Nano Letters, pueden promover métodos de cultivo de tejido artificial para trasplantes.
Las células, ya sea en el cuerpo o en tejidos cultivados en el laboratorio, interactúan constantemente con la matriz extracelular (ECM),.
Se trata de una red molecular altamente compleja que proporciona soporte estructural para las células.
Hasta hace poco, los científicos habían asumido que estas interacciones eran principalmente bioquímicas.
Los investigadores ahora se han dado cuenta de que las interacciones mecánicas, por ejemplo, la capacidad de las células para detectar diversas propiedades de la ECM y responder en especie, también desempeñan funciones importantes en el desarrollo y la función de las células.
La presente investigación fue dirigida por la estudiante de doctorado Shira Landau y laprofesora Shulamit Levenberg de la Facultad de Ingeniería Biomédica en el Technion.
Participaron el estudiante de doctorado Avraham Moriel y el profesor Eran Bouchbinder del Instituto Weizmann, en colaboración con el Dr. Ariel Livne.
Uno de los desafíos científicos para producir tejidos biológicos artificiales para trasplantes es que, deben contener una red de vasos sanguíneos para garantizar un suministro constante de oxígeno y nutrientes.
Muy importante para la integración y la supervivencia del implante es el orden direccional de esta red. En otras palabras, los vasos sanguíneos deben organizarse en la misma dirección.
En el laboratorio Levenberg, se ha desarrollado una plataforma diseñada para mejorar la generación de tejidos y la auto-organización para el trasplante.
La tecnología se basa en andamios tridimensionales hechos de polímeros.
Las células biológicas que son esenciales para el desarrollo de los vasos sanguíneos se siembran en estos andamios poliméricos.
Los estudios han demostrado que esta tecnología es viable y robusta.
En una serie de estudios, ella y su equipo habían usado previamente esta plataforma para examinar la sensibilidad mecánica de las redes vasculares.
En particular, señalaron que las fuerzas mecánicas tienen una fuerte influencia en las propiedades de estas redes, especialmente en las direcciones en las que crecen y se desarrollan.
En 2016, la profesora Levenberg y el Dr. Dekel Rosenfeld, entonces estudiante de doctorado en su laboratorio, mostraron cómo un sistema de estiramiento original, que aplicaba fuerzas de tracción al tejido artificial, afectaba los procesos biológicos de las células, incluida la diferenciación, la forma, la migración y organización en las estructuras, así como la geometría del tejido emergente, su madurez y estabilidad.
Este estudio anterior también mostró que las fuerzas de tracción que actúan sobre el tejido durante el desarrollo promueven el crecimiento de los vasos sanguíneos con una direccionalidad bien definida.
«Luego queríamos entender cómo funciona este proceso y cómo controlarlo», dice Landau. «Bouchbinder y sus colegas en Weizmann desarrollaron una teoría que explica los efectos de las fuerzas mecánicas en células individuales. Juntos, expandimos esta teoría para incluir tejidos multicelulares».
En el nuevo estudio, los investigadores consideraron dos tipos de fuerzas de estiramiento que pueden afectar el desarrollo de los vasos sanguíneos.
Estas dos, conocidas como estiramiento dinámico-cíclico y estiramiento estático, pueden llevar a la aparición de un orden direccional en las redes vasculares.
Los investigadores descubrieron que el mecanismo bio-físico detrás de cada uno de estos dos procesos es fundamentalmente diferente.
«Un desafío importante que enfrentamos fue comprender la relación entre los complicados experimentos biológicos y la teoría física«, dice Moriel.
El estudio condujo al establecimiento de un protocolo de estiramiento por tracción, que permite la generación controlada de tejidos óptimos, incluidas redes estables y ricas en las que los vasos sanguíneos tienen un orden direccional bien definido.
Los investigadores creen que estos resultados y la información que proporcionan avanzarán en la posibilidad de diseñar vasos sanguíneos en tejidos con estructuras y direccionalidad que puedan permitir su trasplante exitoso en pacientes.
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