Sep 24, 2023
Se desarrolla un método rápido, económico y escalable para diseñar vasos sanguíneos
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Los vasos sanguíneos nos mantienen vivos. Son las autopistas que transportan sangre rica en oxígeno y nutrientes a todos los rincones de nuestro cuerpo (alimentando nuestros tejidos y órganos) y al mismo tiempo eliminan productos de desecho tóxicos.
La enfermedad y disfunción de los vasos sanguíneos pueden provocar situaciones potencialmente mortales como ataques cardíacos, accidentes cerebrovasculares y aneurismas. Las fallas de los vasos sanguíneos son una de las principales razones por las que las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte a nivel mundial.
La cirugía de derivación se utiliza a menudo para reemplazar vasos sanguíneos gravemente enfermos. En muchos casos se pueden utilizar injertos no vivos hechos de polímeros sintéticos.
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Sin embargo, los vasos sanguíneos de pequeño diámetro, como la arteria coronaria que suministra sangre al corazón, no pueden reemplazarse con vasos sintéticos porque la sangre se coagulará en su superficie y obstruirá el injerto.
En estos casos, se toma un vaso sanguíneo menos esencial de otra parte del cuerpo y se utiliza para redirigir la sangre alrededor del vaso enfermo, restaurando el flujo sanguíneo al tejido hambriento.
Si tiene éxito, la cirugía de bypass puede añadir muchos más años de salud a la vida del paciente.
La cirugía de bypass es un tratamiento que salva vidas, pero existen limitaciones importantes. Lo más apremiante es que algunos pacientes carecen de vasos donantes adecuados debido a cirugías previas o comorbilidades como la diabetes, lo que significa que las opciones de tratamiento para estos pacientes son limitadas.
Pero ¿qué pasaría si pudiéramos fabricar vasos sanguíneos "reales" para tratar a estos pacientes?
Los vasos sanguíneos fabricados mediante ingeniería tisular (vasos sanguíneos que se fabrican utilizando células y tejidos humanos) podrían proporcionar una opción de tratamiento viable.
Además, podríamos utilizar estos vasos para muchos otros fines, como crear un suministro de sangre incorporado al diseñar construcciones de tejido más grandes. Actualmente, esto no es posible porque el tejido moriría cuando se implantara en el cuerpo.
A pesar de la necesidad de vasos sanguíneos fabricados mediante ingeniería tisular, crearlos con éxito ha resultado un desafío. Los vasos sanguíneos son tejidos complejos, multicapa y su estructura está íntimamente ligada a su funcionamiento.
La capa más interna de un vaso sanguíneo es la capa de endotelio: se trata de una capa única de células especializadas que se alinean a lo largo del eje del vaso sanguíneo, apoyando el flujo sanguíneo y previniendo la coagulación.
Rodeando el endotelio hay una capa tridimensional de células de músculo liso que se envuelven como una serie de anillos alrededor del vaso sanguíneo. Esto proporciona al vaso sanguíneo fuerza mecánica para evitar su rotura: contraerse y relajarse para regular la presión arterial.
Investigadores de todo el mundo llevan muchos años intentando perfeccionar la ingeniería de tejidos de los vasos sanguíneos.
Sin embargo, los métodos actuales son lentos, requieren equipos especializados y costosos (como biorreactores) y tienen un rendimiento bajo, lo que significa que es difícil proporcionar el suministro necesario de recipientes diseñados.
Al combinar múltiples materiales y tecnologías de fabricación, nuestro equipo ha desarrollado un método rápido, económico y escalable para la ingeniería de tejidos de vasos sanguíneos.
Y, como informamos en la revista ACS Applied Materials and Interfaces, nuestros vasos replican la compleja geometría de los vasos sanguíneos nativos.
No están del todo listos para la cirugía de bypass, pero tenemos la esperanza de estar en el camino correcto.
Primero, necesitábamos crear la forma, una especie de marco sobre el cual crecerían las capas de vasos sanguíneos. Lo hicimos electrohilando una capa de fibras de polímero sobre un mandril, lo que proporciona la forma tubular para el injerto de vasos sanguíneos.
El electrohilado es una técnica que utiliza un voltaje eléctrico para atraer una corriente de polímero hacia fibras delgadas que imitan la estructura proteica de nuestro tejido nativo, un poco como hilar lana en una bobina a escala nanométrica.
Sin embargo, este proceso da como resultado fibras que están orientadas aleatoriamente, cuando necesitamos fibras alineadas a lo largo o eje del tubo para promover la alineación axial de las células endoteliales.
Para alinear estas fibras, desarrollamos una técnica de congelación sencilla.
Al colocar el tubo electrohilado en un molde rígido parcialmente lleno de agua y congelarlo, provocamos que crecieran cristales de hielo a lo largo del eje, lo que alineó las fibras.
Luego cultivamos células endoteliales en el tubo para crear la capa interna del vaso: el endotelio. Las células se alinean espontáneamente con las fibras, generando una capa de células endoteliales alineadas y continuas, como vemos en los vasos sanguíneos nativos.
Esta capa también proporciona propiedades mecánicas apropiadas, permite suturar el injerto a los vasos sanguíneos nativos y evita la rotura del injerto.
A continuación, echamos una capa de hidrogel suave alrededor de las fibras electrohiladas. Esta capa de hidrogel evita las fugas de nuestro injerto y también actúa como andamio para las células del músculo liso.
Sabemos que las células son muy sensibles a la rigidez de su entorno, por lo que probamos hidrogeles de diferente rigidez.
Sorprendentemente, observamos que los geles más blandos permitieron que las células del músculo liso vascular se alinearan rápida y espontáneamente en una estructura de anillo 3D, imitando lo que se encuentra en los vasos sanguíneos nativos.
Ahora podemos fabricar vasos sanguíneos de forma rápida y económica utilizando tejido vivo que tiene propiedades mecánicas apropiadas e imita la orientación celular de las células endoteliales y del músculo liso vascular en los vasos sanguíneos nativos.
Esta investigación mejora nuestra capacidad para diseñar vasos sanguíneos humanos, pero aún queda trabajo por hacer antes de que estos vasos sanguíneos puedan llegar a la clínica.
Nuestro equipo ha diseñado la capa de polímero electrohilado para que se degrade con el tiempo, produciendo un vaso sanguíneo totalmente biológico. Por lo tanto, debemos verificar que la capa electrohilada se degrade a un ritmo adecuado, de lo contrario el injerto podría perder integridad y romperse.
En el futuro, esperamos que estos vasos sanguíneos diseñados se utilicen para tratar enfermedades cardiovasculares, especialmente en aquellos pacientes vulnerables que carecen de vasos donantes adecuados. Referencia: Alkazemi H, Huang T, Mail M, Lokmic-Tomkins Z, Heath DE, O' Connor AJ. La alineación ortogonal espontánea de las células del músculo liso y las células endoteliales captura la morfología nativa de los vasos sanguíneos en injertos vasculares fabricados con ingeniería tisular. Interfaces ACS Appl Mater. 2023;15(29):34631-34641. doi: 10.1021/acsami.3c08511
Este artículo se publicó por primera vez en Pursuit. Lea el artículo original. Este trabajo tiene licencia Creative Commons Attribution-No Derivatives 3.0 Australia (CC BY-ND 3.0 AU).