MADRID, 7 Ago. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Salud de Oregon (Estados Unidos) han diseñado un material que replica el tejido óseo humano con un nivel de precisión sin precedentes, desde su estructura cristalina microscópica hasta su actividad biológica. Por el momento, lo están utilizando para explorar procesos fundamentales de enfermedades, como el origen de los tumores metastásicos en los huesos, y como tratamiento para las lesiones óseas de gran tamaño.
"Esencialmente es un hueso miniaturizado que podemos producir en cuestión de 72 horas o menos. Esta es la primera vez que alguien ha sido capaz de incrustar células en minerales, que es lo que caracteriza al tejido óseo", explica el ingeniero biomédico Luiz Bertassoni, autor principal del trabajo, que se ha publicado en la revista 'Nature Communications'.
Al igual que el hueso real, el material tiene una estructura mineral en 3D poblada de células óseas, células nerviosas y células endoteliales que se autoorganizan en vasos sanguíneos en funcionamiento. La presencia de la estructura mineral es lo que hace que el nuevo material sea prometedor como modelo para estudiar la función ósea, las enfermedades y la regeneración ósea.
Para conseguir este tejido, los investigadores comenzaron con la mezcla de células madre humanas en una solución cargada de colágeno, una proteína abundante en la matriz del tejido óseo. Las proteínas del colágeno se unen, formando un gel incrustado con las células madre. Luego, los investigadores inundaron el gel con una mezcla de calcio disuelto y fosfato, los minerales del hueso. Añadieron otro ingrediente clave, la proteína osteopontina derivada de la leche de vaca, para evitar que los minerales formen cristales demasiado rápido. Este aditivo, que se adhiere al calcio y al fosfato, también minimiza la toxicidad de los minerales para las células.
La mezcla se difunde a través de una red de canales de aproximadamente el ancho de una hebra de ADN en el colágeno esponjoso, y los minerales disueltos se precipitan en capas ordenadas de cristales. "Podemos reproducir la arquitectura del hueso hasta una escala nanométrica. Nuestro modelo pasa por el mismo proceso biofísico de formación que el hueso", asegura el investigador.
En este ambiente calcificado, las células madre se convierten en células óseas, osteoblastos y osteocitos funcionales sin la adición de ninguna otra molécula, como si supieran que están incrustadas en una matriz ósea real. En pocos días, las células en crecimiento exprimen pequeñas protuberancias a través de espacios en su entorno mineralizado para conectarse y comunicarse con las células vecinas. La estructura de ingeniería ósea crea un microambiente que es suficiente para que las células madre maduren y se conviertan en células óseas.
Las células nerviosas añadidas a la mezcla formaron redes interconectadas que persistieron después de la mineralización. Las células endoteliales, de la misma manera, formaron redes de tubos que permanecieron abiertos después de la mineralización.
Para probar la utilidad del material como modelo de enfermedad, los investigadores implantaron su hueso de ingeniería debajo de la piel de ratones de laboratorio. Después de unos días, los vasos sanguíneos hechos en laboratorio se habían conectado con la vasculatura de los cuerpos de los ratones. Cuando los investigadores inyectaron células de cáncer de próstata cercanas, encontraron que el crecimiento del tumor era tres veces mayor en los ratones que recibieron construcciones óseas mineralizadas que en aquellos con los controles no mineralizados.
El equipo ahora está diseñando versiones con células de médula ósea que crecen dentro de un entorno de hueso artificial para usarlas como modelo para estudiar la iniciación y el desarrollo de cánceres sanguíneos, incluyendo las diversas formas de leucemia. Además, han probado el material de ingeniería ósea como un reemplazo para el hueso lesionado en modelos animales, con resultados positivos que esperan publicar en un futuro cercano.
