¿Cómo se hace crecer hueso en un laboratorio? Buenas vibraciones

Los científicos han cultivado hueso vivo en el laboratorio, enviando vibraciones a través de las células madre

Los científicos han cultivado hueso vivo en el laboratorio por primera vez, y podría ayudar a bombardear a las víctimas de la explosión.

Un equipo de las universidades de Glasgow, Strathclyde, el oeste de Escocia y Galway ha creado un dispositivo que envía nano-vibraciones sobre células madre mesenquimales suspendidas en un gel de colágeno.

Los autores del artículo, publicado en la revista Nature Biomedical Engineering, descubrieron que estas pequeñas vibraciones transforman las células en un modelo 3D de “masilla” ósea mineralizada. Esta masilla no es tan dura como el hueso en esta etapa. Ahí es donde entra el cuerpo.

“Estamos agregando masilla para huesos a un andamio vivo anatómico correcto y rígido, que hicimos mediante impresión de colágeno en 3D”, dice Matthew Dalby, profesor de ingeniería celular en la Universidad de Glasgow y uno de los autores principales. “Colocamos muchas células en el cuerpo para que tenga la oportunidad de integrar este nuevo hueso. Les decimos a las células qué hacer en el laboratorio, luego el cuerpo puede actuar como un biorreactor para hacer el resto”.

El equipo comenzó la investigación en 2009, colocando las células en las placas de vibración y observando cómo se convertían en hueso. “El desafío de producir hueso en el laboratorio, que luego se puede usar en un paciente, es que tiene que ser 3D, viable y celular”, dice.

Para hacer este modelo 3D, recurrieron a la física.

“Nanokicking” es una técnica biológica que tomó prestados instrumentos de la investigación de ondas gravitacionales. El equipo colaboró ​​con físicos que construyeron equipos para medir estas ondas.

“Suministramos a las células vibraciones de 20 nanómetros, para las que las ondas gravitacionales son enormes, pero su equipo es lo suficientemente sensible para hacerlo”, dice Dalby. “Sacamos las células de un paciente, las ponemos en un gel y las colocamos en un biorreactor, llamado nanokick, que hace vibrar las células unas 1.000 veces por segundo”.

Las células madre mesenquimales, que se encuentran en la médula ósea humana, tienen el potencial de formar cartílago, ligamento, tendones y grasa, así como hueso. Esta frecuencia de vibración de 1000 hercios le dice a las células que formen el hueso específicamente.

El gel en el que está suspendido es lo que permite que el hueso se convierta en 3D: las células pueden acumularse alrededor del colágeno, que es el componente principal del tejido conectivo en el cuerpo humano. Esto significa que los geles son biocompatibles con nosotros, evitando el problema del rechazo y permitiendo a los cirujanos reducir los espacios óseos más grandes.

Los cirujanos actualmente usan injertos de hueso pélvico para reparar huesos rotos. Solo pueden tomar unas pocas cucharaditas de injertos vivos. Luego tiene que usar un aloinjerto, una muestra tomada de otra persona, con las células vivas extraídas, como andamio. Usar el material de otra persona aumenta las posibilidades de que el cuerpo rechace el injerto.

“Para curar grandes defectos óseos, se necesitan células vivas y un gran andamio. Eso es lo que estamos tratando de hacer”, dice Dalby. Esta combinación de masilla para huesos y un fuerte andamio mecánico podría reparar o reemplazar las secciones de hueso dañadas causadas por la osteoporosis.

Dalby habla seriamente sobre cómo también puede ayudar a civiles y solidarios a lesiones por explosión una vez que se establezcan en el NHS. “Todo lo que se necesita son unas pocas pulgadas de hueso para extender la longitud de una pierna para que pueda usar una prótesis”, explica.

“Sobrevivimos mejor, pero tenemos mucho trauma. En asociación con la organización benéfica Sir Bobby Charlton para mí, Find A Better Way, ya hemos demostrado la eficacia de nuestro andamiaje en medicina veterinaria, ayudando a que crezca un hueso nuevo para salvar. la pata de un perro que de otro modo habría tenido que ser amputada “.

“El NHS tiene una gobernanza y procedimientos rígidos para garantizar que nuestra tecnología se lance correctamente primero, antes de llevarla a los países en desarrollo”, dice Dalby.

Find a Better Way, que financia esta investigación, ayuda a las personas y las comunidades a recuperarse del impacto devastador de las minas terrestres y otros restos explosivos de guerra.

Peter Childs co-inventó el biorreactor nanokick, que dice es el resultado de varios modelos fallidos. “La idea es que la membrana celular se corruga en una escala nanomática, por lo que tratamos de interferir con este proceso mediante la agitación”, dijo.

El biorreactor nanokick está hecho de un bloque de aluminio con actuadores piezoeléctricos dispuestos en la parte superior, que se sientan debajo de una placa que conduce vibraciones muy precisas. El tejido en sí está unido magnéticamente a esa placa móvil. Los actuadores piezoeléctricos, que se utilizan comúnmente en los timbres de las puertas, se expanden y contraen cuando un voltaje oscilante (rítmico) pasa sobre ellos. Si hace esto a 1000 hercios, mueva el tablero de la celda hacia arriba y hacia abajo tan rápido que cause una vibración. Las nano vibraciones pueden cambiar la regulación de los canales iónicos, por ejemplo, provocando un influjo de calcio o potasio.

Esta técnica se probará en humanos en 2020, cuando un cirujano plástico del NHS entregará un hueso cultivado en el laboratorio a la mano del paciente. Una vez que esto esté en movimiento, dice Dalby, el equipo trabajará para aumentar la masilla ósea y agregar andamios en una semana.

El biorreactor nanokick se envió a otros laboratorios para probar otras aplicaciones clínicas. Por ejemplo, un laboratorio se encuentra en las etapas preliminares de su uso para “detener” las células cancerosas de huesos.

Gran parte de las noticias de la ciencia de la tierra en un sólo sitio. artículos de Ciencia.