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Los geles inyectables podrían ayudar a reparar el tejido cardíaco y las lesiones de la médula espinal

Written by on December 3, 2021


Un equipo de investigadores de la Universidad McGill en Montreal y otro de la Universidad Northwestern en Chicago han desarrollado nuevas técnicas que utilizan inyecciones de materiales gelatinosos para facilitar la reparación de sistemas en el cuerpo que son difíciles de tratar.

Cuando se trata de medicina, a menudo pensamos en tratamientos para reparar el cuerpo en forma de cirugía invasiva o medicamentos para promover la curación. Pero estos dos nuevos enfoques implican inyecciones simples de geles especiales que pueden administrarse directamente en el sitio de la lesión y ayudar con el proceso de reparación.

Lo suficientemente resistente y flexible para el corazón

El primer ejemplo involucra un hidrogel que es lo suficientemente resistente y flexible como para crear un entorno estructural curativo cuando se inyecta en tejidos dinámicos como un corazón palpitante o cuerdas vocales.

Esta ilustración muestra el uso de hidrogel inyectable como implante para llenar una herida y restaurar la voz. (Sepideh Mohammadi)

El problema con tejidos como el músculo cardíaco es que el corazón nunca deja de latir, por lo que cualquier cosa que se inyecte en ellos tendrá dificultades para mantener su estructura sin fracturarse. Eso dificulta que las células y los vasos sanguíneos crezcan en el sitio lesionado. Es una de las razones por las que las vendas de plástico fueron diseñadas para ser flexibles y permanecer en su lugar incluso en un niño que nunca deja de moverse.

La mayoría de los hidrogeles no son lo suficientemente fuertes para resistir el movimiento del corazón o las cuerdas vocales, o no son lo suficientemente porosos como para que las células proliferen dentro de ellos y permitan el paso de los gases o nutrientes.

VIDEO El biorreactor de cuerdas vocales simula la biomecánica de las cuerdas vocales para probar los hidrogeles.

El nuevo gel alcanza el punto óptimo, por lo que no solo puede resistir y flexionarse con los movimientos biomecánicos extremos de ciertos tejidos, pero también crean una estructura que promueve el crecimiento de nuevas células y el transporte de gases y nutrientes cruciales.

Para probar la durabilidad del gel, los científicos instalaron cuerdas vocales artificiales hechas de el material del gel que vibraba 120 veces por segundo durante dos horas al día, siete días a la semana, a través de 6 millones. ciclos de aperturas y cierres, sin romperse.

Los investigadores probaron tres hidrogeles diferentes usando el biorreactor de cuerdas vocales. Si bien el nuevo hidrogel permaneció estable, los dos hidrogeles estándar, que representan la mayoría de los hidrogeles inyectables existentes, no sobrevivieron a la prueba. (Sareh Taheri)

Cuando probaron qué tan bien podía crecer uno de los principales tipos de células de las cuerdas vocales dentro del gel, descubrieron que proporcionaba un entorno de crecimiento tridimensional compatible con las células.

Los científicos creen que el gel podría restaurar la voz de quienes padecen cáncer de laringe o usarse para la reparación del músculo cardíaco y la administración de fármacos, todo mediante una simple inyección.

Andamio de curación de autoensamblaje

El segundo grupo desarrolló materiales que pueden autoensamblarse en nanofibras con señales biológicas que pueden hacer que las células se reparen y se regeneren en los tejidos dañados, como con una lesión de la médula espinal, que de otro modo no sanaría.

Comenzando como un líquido, los materiales biológicamente activos forman nanofibras que se convierten en un gel, que imita el entorno de la médula espinal. Al ajustar la parte estructural de los materiales que forman las nanofibras, los investigadores lograron que vibraran de la manera correcta para conectarse con las células nerviosas.

Como resultado, las nanofibras que contienen moléculas con dos señales bioactivas diferentes (verde y naranja) involucran más eficazmente a los receptores celulares (amarillo y azul) del movimiento rápido de las moléculas. (Mark Seniw)

Cuanto más dinámico era el movimiento o más danzaban las moléculas, mejor podían crecer y reconectarse las células nerviosas. El tratamiento también estimuló el crecimiento de mielina, una vaina que se forma alrededor de los nervios para protegerlos de más lesiones, como el recubrimiento de plástico alrededor de un cable eléctrico.

Esta terapia tiene el potencial de cambiar la vida de las personas con lesión espinal completa, donde menos del 3 por ciento de las personas recuperan completamente las funciones básicas. Si bien este tratamiento es solo un experimento de laboratorio realizado en ratones en este momento, los investigadores están buscando la aprobación federal para avanzar en los ensayos clínicos en humanos.

VIDEO Los resultados del tratamiento donde ratones parcialmente paralizados recuperaron la capacidad de mover sus miembros inferiores.

El aspecto interesante de estas dos terapias inyectables es cómo combinan la medicina con la ingeniería y los materiales ciencias. Los ingenieros siempre buscan materiales que sean fuertes pero flexibles, ya sean grandes alas de fibra de carbono flexibles en aviones de pasajeros o, en este caso, geles fuertes y flexibles que puedan resistir el duro ambiente dentro del cuerpo.

También puede convertirse en un paso positivo lejos de las técnicas más invasivas para reparar tejidos difíciles de tratar utilizando una simple aguja en el lugar correcto que, algún día, podría permitirle a alguien con una lesión en la médula espinal caminar de nuevo.