Matrices de micropilares que utilizan litografía de nanoimpresión UV que esencialmente hacen que las células se conviertan en huesos.

Crédito de la foto: Nino Liverani en Unsplash

Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Monash ha descubierto una nueva técnica que puede acelerar la recuperación del reemplazo óseo cambiando la forma y el núcleo de las células madre individuales.

En la cooperación de investigación entre la Universidad de Monash, el Centro de Nanofabricación de Melbourne, CSIRO, el Instituto Max Planck de Investigación Médica y el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana, se desarrollaron matrices de micropilares con litografía de nanoimpresión UV, que las células esencialmente aportan para convertirse en huesos.

La litografía de nanoimpresión permite la creación de patrones de microescala con bajo costo, alto rendimiento y alta resolución.

Cuando se implantaron en el cuerpo como parte de un procedimiento de reemplazo óseo como la cadera o la rodilla, los investigadores encontraron que estos pilares, diez veces más pequeños que el ancho de un cabello humano, cambiaban la forma, el núcleo y el material genético de las células madre.

El equipo de investigación no solo pudo definir la topografía de los tamaños de columna y los efectos sobre las células madre, sino que también descubrió que era capaz de producir cuatro veces más hueso en comparación con los métodos actuales. Los resultados fueron publicados en Ciencia avanzada.

«Esto significa que al hacer más pruebas, podemos acelerar el proceso de bloqueo del sustituto óseo al tejido circundante y reducir el riesgo de infección», dijo la profesora asociada Jessica Frith, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Monash. «También pudimos determinar cómo deberían verse estas estructuras columnares y qué tamaño deben tener para facilitar los cambios en cada célula madre y elegir la que sea mejor para la aplicación».

Los investigadores ahora están ampliando este estudio a pruebas con modelos animales para ver cómo se comportan con los implantes médicos.

Los ingenieros, científicos y profesionales médicos saben desde hace algún tiempo que las células pueden extraer señales mecánicas complejas del microambiente, lo que a su vez influye en su desarrollo.

Dr. Victor Cadarso del Instituto de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Monash, sin embargo, dice que sus hallazgos apuntan a un mecanismo previamente indefinido en el que la «señalización de mecanotransducción» mediante microtopografías se puede utilizar para entornos clínicos futuros.

«El uso de la microtopografía de superficie en lugar de complementarla con factores biológicos para el destino celular directo tiene profundas implicaciones para los productos de cultivo celular inteligente en tecnologías de células madre y terapia celular, así como en el diseño de materiales de implantes inteligentes con capacidad osteoinductora mejorada», dijo Cadarso.

El profesor Nicolas Voelcker del Instituto Monash de Ciencias Farmacéuticas y director del Centro de Melbourne para la Nanofabricación dijo que los resultados del estudio confirmaron que los micropilares no solo influyeron en la forma completa del núcleo, sino que también cambiaron el contenido del núcleo.

«La capacidad de controlar el grado de deformación del núcleo mediante la especificación de la arquitectura del sustrato subyacente puede abrir nuevas posibilidades para regular la expresión génica y el posterior destino celular», dijo Voelcker.

Referencia: James Carthew et al., Microtopografía de superficie de precisión regula el destino celular a través de cambios en la contractilidad de la actomiosina y la arquitectura central, Ciencia avanzada (2021). DOI: 10.1002 / advs.202003186

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