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(noticias nanowerk) La ingeniería de tejidos, que utiliza injertos o andamios para apoyar la regeneración celular, está surgiendo como una práctica médica importante para el tratamiento de la pérdida muscular volumétrica (VML), una afección en la que se pierde una cantidad significativa de tejido muscular más allá de la capacidad regenerativa natural del cuerpo. va . Para mejorar los resultados quirúrgicos, los injertos musculares tradicionales están dando paso a materiales de soporte artificiales, y las nanopartículas MXene (NP) emergen como una opción prometedora.
Los MXene NP son materiales 2D compuestos principalmente de carburos y nitruros de metales de transición. Son altamente conductores de electricidad, pueden acomodar una amplia gama de grupos funcionales y tienen estructuras apiladas que promueven las interacciones celulares y el crecimiento muscular. Si bien ha habido demostraciones prácticas de laboratorio que demuestran su capacidad para promover la reconstrucción del músculo esquelético, el mecanismo específico por el cual lo hacen aún no está claro.
Para llenar este vacío, el profesor asociado Yun Hak Kim del Departamento de Anatomía y el Departamento de Informática Biomédica, junto con los profesores Suck Won Hong y Dong-Wook Han del Departamento de Ingeniería Cogno-Mecatrónica de la Universidad Nacional de Pusan, desarrollaron nanofibras. Matrices con MXene NP como andamios. Utilizaron la secuenciación de ADN para descubrir los genes y las vías biológicas activadas por las NP de MXene para apoyar la regeneración muscular.
Estos resultados, publicados en Nano micro letras (“Matrices de nanofibras ternarias altamente alineadas cargadas con MXene aceleran la regeneración de la pérdida muscular volumétrica”) representa un avance significativo en el uso de andamios MXene para tratar el daño muscular.
«Este descubrimiento abre una vía prometedora para utilizar estos materiales para aumentar la eficacia de la regeneración del tejido muscular después de una lesión o daño», explica el profesor Kim.
En la fase inicial, el equipo creó una matriz de PCM nanofibrosa que contenía poli(lactida-co-ε-caprolactona) (P) reforzada con colágeno (C) y nanopartículas de Ti3C2Tx-MXene (M). Para determinar el efecto específico de las NP de MXene sobre el crecimiento muscular, prepararon tres controles: PLCL prístino (P), PLCL con colágeno (PC) y PLCL con MXene (PM). Al probar todos los andamios en modelos de ratón con pérdida muscular volumétrica inducida, los investigadores observaron un aumento significativo en el número total de células musculares en ratones tratados con PCM en comparación con los otros grupos.
Para comprender cómo las nanopartículas (NP) MXene influyen en la regeneración y el crecimiento muscular a nivel molecular, los investigadores introdujeron mioblastos C2C12, que son precursores de las células musculares, en matrices de PC y PCM. El objetivo era analizar las diferencias en los niveles de expresión génica entre las dos matrices. Dentro de la matriz PCM se identificó una mayor producción de óxido nítrico sintasa inducible (iNOS) y quinasa 1 regulada por suero/glucocorticoides (SGK1), dos proteínas estrechamente relacionadas con la señalización del calcio y la regeneración muscular.
Estos resultados sugieren que los MXenes promueven la deposición de iones de calcio (Ca2+) alrededor de las células. Este aumento del nivel de Ca2+ intracelular desencadena la activación de genes que producen las proteínas iNOS y SGK1. SGK1 influye en la vía mTOR-AKT y promueve la proliferación celular, la supervivencia y la miogénesis (la conversión de mioblastos en fibras musculares). Al mismo tiempo, iNOS aumenta la producción de óxido nítrico (NO), contribuyendo a la proliferación de mioblastos y a la fusión de fibras musculares. Los efectos combinados conducen al desarrollo de tejido muscular maduro. Las matrices de nanofibras PCM alineadas proporcionan señales biofísicas para la señalización bioquímica intracelular y controlan el comportamiento miogénico. Este descubrimiento contribuye a nuestra comprensión del potencial de MXene para el crecimiento muscular y promete perfeccionar los diseños de andamios para mejorar aún más este proceso.
“Dentro de 5 a 10 años, esta investigación podría producir tratamientos innovadores para las lesiones musculares. Las matrices con infusión de MXene NP podrían convertirse en una rutina en la práctica médica para atletas, personas con problemas musculares y personas que se recuperan de traumatismos o cirugías relacionadas con los músculos”, afirma el profesor Kim con optimismo. “Estas NP podrían mejorar los métodos de regeneración muscular y proporcionar mejores resultados en cirugías reconstructivas y enfermedades como la distrofia muscular en las que la función muscular se ve afectada”, añade.
Las matrices infundidas de MXene NP se pueden personalizar para satisfacer las distintas necesidades del tratamiento de lesiones por pérdida muscular. Esta personalización puede incluir ajustar la composición, estructura o propiedades para satisfacer los requisitos específicos del paciente, como el tamaño, la forma o la mejora de la bioactividad. La personalización de estos materiales podría proporcionar soluciones personalizadas para diferentes grados de pérdida muscular. Además, la mejora en la regeneración muscular observada podría contribuir a una recuperación más eficiente y potencialmente reducir la necesidad de rehabilitación después del tratamiento.
Estas matrices con propiedades mecánicas controlables prometen mejorar la regeneración muscular in vivo. Investigaciones adicionales sobre MXene prometen aplicaciones clínicas ampliadas que potencialmente pueden beneficiar el bienestar humano.
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