Un equipo multidisciplinar de investigadores estadounidenses y coreanos han logrado la regeneración del tejido muscular en laboratorio combinando la reprogramación celular directa con los avances de la bioingeniería.
Como se sabe, el músculo supone aproximadamente el 40% de la masa corporal y desempeña un papel primordial en el organismo.
El tejido muscular destaca por su capacidad única de regeneración espontánea. Sin embargo, en lesiones graves como las de accidentes automovilísticos o la resección de un tumor que da como resultado una pérdida muscular volumétrica (VML), la capacidad de recuperación del músculo se ve muy disminuida.
Actualmente, los tratamientos de VML comprenden intervenciones quirúrgicas con injertos musculares autólogos, acompañados siempre de fisioterapia. Sin embargo, los procedimientos quirúrgicos a menudo conducen a una función muscular reducida y, en algunos casos, resultan fallidos.
Una estrategia prometedora para mejorar la capacidad funcional del músculo dañado es inducir la regeneración de novo del músculo esquelético, mediante la integración de células trasplantadas. Se han utilizado diversos tipos de células, incluidas las células satélite (células madre musculares), mioblastos y células madre mesenquimales, para tratar la pérdida muscular.
Sin embargo, las biopsias musculares invasivas, la escasa disponibilidad de células y el mantenimiento limitado a largo plazo impiden -según los expertos- la traducción clínica, para la que se pueden necesitar de millones a miles de millones de células maduras para proporcionar beneficios terapéuticos.
Otra cuestión de relieve es el control del microambiente tridimensional en el sitio de la lesión, para garantizar que las células trasplantadas se diferencien adecuadamente en tejidos musculares con estructuras deseables.
Se ha utilizado una variedad de biomateriales naturales y sintéticos para mejorar la supervivencia y la maduración de las células trasplantadas, mientras se localizan células huésped para la regeneración muscular.
Regeneración de tejido muscular artificial
Pero hay aún escollos sin resolver en lo que se refiere al desarrollo del andamio tisular. Científicos saben que los andamios naturales exhiben un alto reconocimiento celular y afinidad de unión celular, pero con frecuencia no ofrecen robustez mecánica en lesiones grandes o tejidos que soportan carga y que requieren soporte mecánico a largo plazo.
Por el contrario, los andamios sintéticos proporcionan una alternativa diseñada con precisión con propiedades mecánicas y físicas ajustables, así como estructuras y composiciones bioquímicas adaptadas.
Para superar estos desafíos, un equipo de investigación del Centro de Nanomedicina del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) de la Universidad de Yonsei, en Seúl (Corea del Sur) y del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, desarrolló un novedoso protocolo para la regeneración muscular artificial.
Este equipo logró un tratamiento eficaz para la pérdida muscular volumétrica, en un modelo de ratón, mediante el empleo de tecnología de reprogramación celular directa en combinación con un andamio híbrido natural-sintético.
Como explican en su estudio publicado en Advanced Materials, la reprogramación celular directa (conversión directa) es una estrategia eficiente que proporciona una terapia celular eficaz porque permite la generación rápida de células diana específicas del paciente utilizando células autólogas de la biopsia de tejido.
Los fibroblastos son las células que se encuentran comúnmente dentro de los tejidos conectivos y se involucran ampliamente en la cicatrización de heridas. Como los fibroblastos no son células diferenciadas terminalmente, es posible convertirlas en células progenitoras miogénicas inducidas (iMPC), utilizando varios factores de transcripción diferentes. En este estudio, esta estrategia se aplicó para proporcionar iMPC para la ingeniería de tejido muscular.
Con el fin de proporcionar soporte estructural a las células musculares en proliferación, los investigadores eligieron policaprolactona (PCL) como material para la fabricación de un andamio poroso, debido a su alta biocompatibilidad.
Constructores híbridos
Aunque la lixiviación con sal es un método ampliamente utilizado para crear materiales porosos, se limita principalmente a producir estructuras porosas cerradas. Para superar este inconveniente, los investigadores coreanos y estadounidenses ampliaron el método convencional de lixiviación de sal con estirado térmico, para producir andamios de fibra PCL personalizados.
Esta técnica -como reconocen en su trabajo- facilitó la fabricación de alto rendimiento de fibras porosas con rigidez, porosidad y dimensiones controladas, que permiten una adaptación precisa de los andamios a los sitios de las lesiones.
Sin embargo, los andamios de fibra sintética de PCL por sí solos no proporcionan señales bioquímicas y mecánicas locales óptimas que imiten el microambiente específico del músculo.
Así las cosas, la construcción de un andamio híbrido pudieron completarlo mediante la incorporación de hidrogel de matriz extracelular de músculo descelularizado (MEM) en la estructura de PCL.
Actualmente, MEM es uno de los biomateriales naturales más empleados para el tratamiento de la pérdida muscular volumétrica en la práctica clínica. Por lo tanto, los investigadores creen que los andamios híbridos diseñados con MEM tienen un enorme potencial en aplicaciones clínicas.
Las construcciones de fibras musculares obtenidas mediante bioingeniería resultantes mostraron una rigidez mecánica similar a la de los tejidos musculares y exhibieron una diferenciación muscular mejorada así como una alineación muscular alargada in vitro.
Además, la implantación de construcciones musculares de bioingeniería en el modelo de ratón VML no solo promovió la regeneración muscular con una mayor inervación y angiogénesis, sino que también facilitó la recuperación funcional de los músculos dañados.
En opinión del profesor Cho Seung-Woo, director del trabajo, se requieren más estudios “para dilucidar los mecanismos de regeneración muscular por nuestros constructores híbridos y potenciar la traducción clínica de plataformas de entrega instructiva celular”.
