La hemorragia cerebral y el cáncer cerebral son las principales causas de muerte y discapacidad en todo el mundo. El cerebro es particularmente vulnerable al daño isquémico, en el que la pérdida de suministro de sangre conduce a la pérdida de volumen del tejido cerebral y la formación de una cavidad. Y a diferencia de otras partes del cuerpo donde se producen procesos de curación de heridas espontáneos, la pérdida de tejido neuronal es irreversible.
Se necesita urgentemente el desarrollo de una técnica eficiente para la regeneración del tejido cerebral para ayudar a tratar estas condiciones que amenazan la vida. Sin embargo, hasta la fecha no existe una estrategia terapéutica establecida. Una posible solución podría residir en la ingeniería de tejidos neurales: el uso de biomateriales para crear un andamio que llene la pérdida de volumen, permitiendo que las células migren al área dañada y reconstruyan el tejido.
Investigadores en Universidad de Hokkaido ahora han creado hidrogeles sintéticos que proporcionan un andamio eficaz para el crecimiento del tejido neuronal en áreas de daño cerebral. Describiendo el estudio en Informes científicos, el equipo demostró que los hidrogeles, utilizados en combinación con células madre neurales (NSC), podían desarrollar nuevo tejido cerebral, lo que proporciona un enfoque potencial para la regeneración del tejido cerebral.
Optimización de hidrogel
Para crear el sustrato ideal para la reconstrucción del tejido cerebral, Satoshi Tanikawa y sus colegas alteraron la carga eléctrica del hidrogel para determinar las condiciones bajo las cuales las NSC pueden adherirse y crecer de manera eficiente. Descubrieron que un hidrogel neutro con una mezcla 1:1 de monómeros aniónicos y catiónicos (C1A1) generó el andamio más adecuado para la unión, el crecimiento y la diferenciación de NSC.
Los investigadores utilizaron la criogelación para crear poros en los hidrogeles C1A1 y permitir el cultivo 3D de células en la estructura porosa. También ajustaron las proporciones de las moléculas de entrecruzamiento para lograr una rigidez similar a la del tejido cerebral, un parámetro importante ya que la rigidez del sustrato del cultivo celular puede afectar la dirección de la diferenciación de las células madre.
Después de optimizar la formulación de hidrogel, los investigadores examinaron su potencial para in vivo reconstrucción del tejido cerebral. Crearon un modelo de lesión cerebral traumática en ratones mediante la eliminación de una región de tejido cerebral de 1 mm de diámetro y 1 mm de profundidad, y luego implantaron el hidrogel poroso en la cavidad cilíndrica.
El día 56 después de la implantación del hidrogel, el límite entre el tejido cerebral y el hidrogel se oscureció, mientras que las cavidades permanecieron claramente en los cerebros de control. La microscopía de fluorescencia reveló que las células inmunitarias y los astrocitos del tejido cerebral circundante se habían infiltrado en los poros del hidrogel implantado.
Para una reconstrucción eficaz del tejido cerebral, es fundamental la creación de una red vascular en el nuevo tejido. Para inducir la vascularización, los investigadores sumergieron el hidrogel C1A1 en el factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF) antes de implantarlo en el cerebro de los ratones. In vivo las imágenes con microscopía de dos fotones revelaron que este paso condujo a la formación de vasos sanguíneos dentro del hidrogel dos o tres semanas después de la implantación
Después de tres semanas, cuando se formaron los vasos sanguíneos y las células glioneuronales del huésped habían migrado, el equipo inyectó NSC marcadas con fluorescencia en el hidrogel implantado en el cerebro del ratón. Cuarenta días después, las imágenes de fluorescencia demostraron la presencia de células madre viables en los hidrogeles, con una alta tasa de supervivencia celular. Algunas de las NSC se habían diferenciado en nuevas células gliales o neuronales, y algunas de las nuevas células neuronales habían migrado al tejido cerebral del huésped circundante.
Los investigadores señalan que la inyección directa de NSC solo o NSC con control Matrigel no apoyó la supervivencia celular en el cerebro del ratón. También destacan la importancia del proceso de dos pasos: la implantación del hidrogel y las NSC al mismo tiempo resultó infructuosa. Finalmente, señalan que no observaron anomalías de comportamiento ni muertes en ninguno de los ratones a los que se les implantaron los hidrogeles.
Gel de bioingeniería ayuda a reparar el tejido cerebral
"Demostramos que los hidrogeles porosos cargados eléctricamente C1A1 pueden servir como andamios para los defectos del parénquima cerebral, y el trasplante gradual de NSC en el hidrogel después de la implantación del gel puede inducir la reconstrucción del tejido cerebral junto con los hidrogeles implantados", escribe el equipo. "Por lo tanto, este método de dos pasos para la regeneración neuronal puede convertirse en un nuevo enfoque para la reconstrucción terapéutica del tejido cerebral después del daño cerebral en el futuro".
"Actualmente estamos tratando de probar la recuperación funcional con nuestro método, usando un modelo de ratón con daño cerebral", autor principal Shinya Tanaka decirles Mundo de la física. "Esta evaluación es muy crítica para futuras posibles aplicaciones clínicas".
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/hydrogel-helps-grow-new-tissue-in-areas-of-brain-damage/
