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(noticias nanowerk) La ingeniería de tejidos consiste en reparar el tejido dañado proporcionando estructuras celulares que apoyan la regeneración. Idealmente, estos andamios deberían estar hechos de materiales biocompatibles y biodegradables que se integren con el tejido circundante. Actualmente, las proteínas animales como la gelatina sirven como materiales de andamiaje habituales. Sin embargo, investigaciones recientes están explorando alternativas basadas en plantas que son abundantes, sostenibles y adaptables.
Hasta la fecha, los andamios fabricados con colágeno animal han demostrado ser eficaces, pero han enfrentado limitaciones en su adquisición. Los biopolímeros vegetales son ahora posibles candidatos a sustituirlos, pero requieren evaluaciones de compatibilidad. Un estudio reciente en Investigación avanzada NanoBioMed (“Zeína derivada de plantas como alternativa a la gelatina derivada de animales para su uso como armazón de ingeniería tisular”) evalúa la proteína zeína de maíz en comparación con la gelatina estándar para armazones de células madre humanas. Los resultados demuestran la estabilidad de la zeína y sus capacidades de soporte celular. en vivo Compatibilidad – Determinación de viabilidad como sustituto de la gelatina.
Contexto detrás de la investigación
La ingeniería de tejidos surgió en la década de 1980, cuando los biólogos celulares se dieron cuenta de que el tejido humano dañado podía repararse combinando estructuras de soporte con células vivas. Las primeras investigaciones se centraron en la regeneración de huesos y cartílagos. El concepto innovador era poblar una estructura 3D implantable con células formadoras de tejido y luego introducir quirúrgicamente esta construcción para estimular la regeneración de tejido in vivo.
Los andamios biocompatibles y biodegradables proporcionan estabilidad y forma temporales mientras las células trasplantadas o las células huésped depositan nueva matriz extracelular y reemplazan gradualmente el andamio. Las proteínas de colágeno, como la gelatina, tuvieron un buen desempeño aquí debido a su bioabsorbibilidad nativa y a sus moléculas de adhesión celular innatas. Sin embargo, los investigadores carecían de un control preciso sobre los daños a los andamios de animales, lo que dificultaba las traducciones médicas. Los biopolímeros vegetales personalizados ahora ofrecen alternativas personalizadas para estructuras de ingeniería de tejidos.
La proteína zeína del maíz es particularmente prometedora porque su composición de aminoácidos favorece la biodegradación enzimática. En comparación con la gelatina, la zeína también confiere una estabilidad superior a la estructura, ya que sus residuos hidrofóbicos resisten la hinchazón a través de la hidratación, lo que tiene un efecto positivo en el mantenimiento de la integridad estructural. A pesar de las ventajas de la zeína, muy pocos estudios han evaluado su viabilidad como único componente de estructura para la ingeniería de tejidos. Para abordar esta brecha, Limaye et al. Fabricaron andamios fibrosos solo de zeína utilizando una técnica de electrohilado establecida que produce tapetes que imitan la matriz celular nativa. Luego, los investigadores evaluaron el rendimiento del andamio de zeína para el crecimiento de células madre humanas y la compatibilidad de los tejidos en comparación con los controles de gelatina estándar.
Evaluación de la bioestabilidad del andamio de zeína.
En la evaluación inicial de la estabilidad física, las pruebas mostraron que los andamios de zeína mantenían su integridad estructural en líquido durante más de tres semanas mientras se hinchaban menos que la gelatina. La pérdida de proteínas de los andamios fue comparable durante este período. Estos resultados demuestran que la electrohilación de zeína en estructuras proporciona estructuras estabilizadas para el cultivo celular, superando inestabilidades previas que limitaban la adopción de la zeína.
Evaluación de interacciones con células madre.
A continuación, Limaye et al. Andamios con células madre mesenquimales humanas (MSC), progenitores multipotentes que dan lugar al tejido esquelético. Durante un período de dos semanas, la microscopía mostró que las MSC se adhirieron, se extendieron y proliferaron en las fibras de zeína de manera similar a los controles de gelatina. Tras una inspección más cercana, se descubrió que las células expresaban proteínas de adhesión clave, como la quinasa de adhesión focal y la integrina alfa-V-beta-3 cuando se unían a uno de los andamios, lo que permitía el anclaje celular. Curiosamente, las células migraron más profundamente hacia los andamios de zeína 3D y mostraron una mejor infiltración en comparación con la gelatina. Esta integración con la estructura circundante beneficia la integración del implante en las aplicaciones de ingeniería de tejidos previstas.
Evaluar En vivo Respuesta
La prueba definitiva para los biomateriales es la implantación quirúrgica para estudiar las reacciones tisulares locales. Aquí, los investigadores insertaron estructuras de zeína cargadas de células madre debajo de la piel de ratones y recolectaron muestras después de 2 y 6 semanas. De manera similar a la gelatina, la histología mostró que las células reclutadas poblaban los andamios, mientras que los signos de crecimiento de los vasos sanguíneos ayudaban a la integración. Los andamios generalmente conservaron su morfología fibrosa a medida que las células depositaban una matriz de tejido conectivo sin ningún signo de rechazo inmunológico. Confirmación de la biocompatibilidad de la zeína y su potencial de apoyo celular. en vivoEstos resultados aumentan la confianza en la transición médica.
Es importante destacar que después de la extracción de células madre de estructuras de zeína después de 1 semana y el posterior inicio de la especificación del linaje, las células conservaron la capacidad de diferenciar múltiples linajes. Esto demuestra que la zeína permite la expansión de las poblaciones de células madre manteniendo al mismo tiempo el rendimiento progenitor necesario para la posterior regeneración del tejido.
Realización de andamios de tejidos vegetales.
En general, este estudio posiciona claramente a la zeína como una alternativa personalizada y de origen vegetal a los soportes de tejido animal estándar. Zein es compatible con el soporte de células madre de la gelatina y al mismo tiempo permite estructuras electrohiladas estables. Tiene la biocompatibilidad requerida para la medicina regenerativa. Estos hallazgos allanaron el camino para un mayor desarrollo y acercaron a la sociedad a la obtención de materiales de andamiaje abundantes y sostenibles para la ingeniería de tejidos.
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