Gel Esponja, bioinspirado, podría generar formación de dientes, hueso o tejido, según estudio.

Un nuevo gel esponjoso bioinspirado se encoge sin ayuda de nadie, al comprimirse salen células no especializadas en su interior y las convierte en células que empiezan a formar los dientes. El nuevo material fue inspirado por el poder del embrión para dar forma a los órganos, y podría permitir a la ingeniería de nuevos dientes, huesos u otros tejidos, según informan los científicos.

Un poco de presión a partir de una nueva contracción , el gel de esponja es todo lo que se necesita para convertir células no especializadas trasplantadas en células que generan los minerales y se empiezan a formar los dientes.

El material de gel bioinspirado algún día podría ayudar a reparar o reemplazar órganos dañados, como los dientes, los huesos y posiblemente otros órganos, así , los científicos del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente en la Universidad de Harvard , Escuela de Harvard de Ingeniería y Ciencias Aplicadas ( SEAS) y de Niños de Boston informe hospital recientemente en Materiales Avanzados.

"Los ingenieros tisulares han planteado durante mucho tiempo la idea de utilizar materiales sintéticos para imitar la potencia inductiva del embrión", dijo Don Ingber , MD, Ph.D., director fundador del Instituto Wyss , Judah Folkman Profesor de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard , el profesor de Bioingeniería de SEAS , y autor principal del estudio . "Estamos muy entusiasmados con este trabajo , porque demuestra que realmente es posible".

Tejidos embrionarios tienen el poder para conducir las células y tejidos para especializarse y formar órganos. Para ello , emplean biomoléculas llamadas factores de crecimiento para estimular el crecimiento , productos químicos de genes activadores que causan que las células se especializan y las fuerzas mecánicas modulan las respuestas celulares a estos otros factores.

Sin embargo, los ingenieros tisulares hasta la fecha que desean crear órganos en el laboratorio han empleado sólo dos de las tres estrategias - factores de crecimiento y sustancias químicas de genes activadores . Tal vez como resultado , que aún no han tenido éxito en la producción de tejidos tridimensionales complejas.

Hace unos años , Ingber y Tadanori Mammoto , MD , Ph.D. , Profesor de Cirugía en el Hospital y Harvard Medical School de Boston Children , investigaron un proceso llamado condensación mesenquimal que utilizan embriones para comenzar a formar una variedad de órganos, incluyendo los dientes, cartílago, hueso, músculo, tendón y el riñón.

En la condensación mesenquimal, dos capas de tejido adyacentes (células del tejido conectivo poco empaquetados llamados mesénquima y el tejido en forma de hoja llamado epitelio que lo cubre) intercambian señales bioquímicas. Este cambio hace que las células mesenquimales se expriman a sí mismos con fuerza, en un pequeño nudo directamente debajo de donde se formará el nuevo órgano.

Mediante el examen de tejidos aislados de mandíbulas de embriones de ratones, Mammoto y Ingber demostraron que cuando las células mesenquimales comprimidas se convierten en genes que se estimulan para generar dientes enteros compuestos de tejidos mineralizados , incluyendo la dentina y el esmalte.

Inspirado por este mecanismo de inducción embrionaria , Ingber y Basma Hashmi, Ph.D. candidato a SEAS quien es el autor principal del artículo en curso, se propuso desarrollar una manera de diseñar los dientes artificiales mediante la creación de un material compatible con el tejido que logra el mismo objetivo. 

Específicamente, querían un gel poroso de tipo esponja que podría ser impregnado con células mesenquimales, cuando se implantan en el cuerpo, inducida a contraerse en 3D, para compactar físicamente las células dentro de él.

Para desarrollar un material de este tipo , Ingber y Hashmi se unieron con investigadores dirigidos por Joanna Aizenberg , Ph.D. , miembro del Instituto Wyss Core Facultad que dirige la plataforma del Instituto de Materiales Adaptive Technologies. Aizenberg es la Amy Smith Berylson Profesor de ciencias materiales, Profesor de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard.

Ellos modificaron quimicamente un polímero formador de gel especial llamado PNIPAAm que los científicos han utilizado para administrar fármacos a los tejidos del cuerpo. Geles PNIPAAm tienen una propiedad inusual: se contraen bruscamente cuando se calientan. Pero lo hacen a una temperatura tibia , mientras que los investigadores querían que se encojan específicamente a 37 ° C - Temperatura del cuerpo - por lo que hacían exprimir su contenido tan pronto como fueron inyectados en el cuerpo. Hashmi trabajó con Lauren Zarzar , Ph.D. , un ex estudiante graduado de SEAS , que ahora es un asociado postdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, desde hace más de un año , modificando PNIPAAm y probar los materiales resultantes . En última instancia , ellos desarrollaron un polímero que forma un gel con el tejido con dos propiedades fundamentales: las células se adhieren a ella y comprime bruscamente cuando se calienta a la temperatura corporal.

Como una prueba inicial , Hashmi implanta células mesenquimales en el gel calentadas previamente en el laboratorio . Efectivamente, cuando la temperatura alcanzó 37 ° C , el gel se contrajo en 15 minutos, haciendo que las células en el interior del gel se reunan, se contraen, uniendolos con fuerza. "La buena razón es que las células están vivas", dijo Hashmi . "Por lo general, cuando esto sucede , las células están muertas o muriendo".

No sólo eran vivos - se activan tres genes que dirigen la formación del diente .

Para ver si el gel encoge trabajó también la magia en el cuerpo, Hashmi trabajó con Mammoto para cargar las células mesenquimales en el gel, y luego implantar el gel debajo de la cápsula renal de ratón - un tejido que está bien abastecido de sangre y de uso frecuente para el trasplante en experimentos.

Las células implantadas no sólo expresan genes de dientes de desarrollo - que establecen calcio y minerales, al igual que las células mesenquimales en el cuerpo que comienzan a formar los dientes.

"Los dientes estaban en el modo de desarrollo completo", dijo Hashmi.

En el embrión , células mesenquimales no pueden construir los dientes solos - deben combinarse con las células que forman el epitelio . En el futuro, los científicos planean probar si el gel de la contracción puede estimular ambos tejidos para generar un diente funcional entero.

Traducido por SaludenConcreto.com

Fuente: Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard. (2014, March 5). Bioinspired, sponge-like shrinking gel steers tooth, tissue formation. ScienceDaily. Retrieved March 18, 2014 from www.sciencedaily.com/releases/2014/03/140305125249.htm