Los investigadores del MIT han dado un paso hacia este objetivo mediante la presentación de una forma de crear "bloques de construcción" con distintos tipos de tejidos que se después pueden unirse entre sí.
Las células madre embrionarias pueden transformarse en prácticamente cualquier tipo de célula en el cuerpo. No obstante, el control de este proceso, conocido como diferenciación, es difícil. Si se deja que las células madre embrionarias crezcan en una placa de cultivo de tejidos, se diferenciarán más o menos al azar, creando una mezcla de diferentes tipos de células.
El grupo del MIT, dirigido por Ali Khademhosseini, profesor asistente en la división Harvard-MIT de Ciencias de la Salud y Tecnología, así como receptor de un premio TR35 en 2007, colocó células madre embrionarias en "bloques de construcción" con un gel que animaba a las células a convertirse en ciertos tipos determinados de células. Estos bloques de construcción se pueden unir, utilizando técnicas desarrolladas anteriormente por Khademhosseini, para hacer estructuras más complejas. El gel se degrada y desaparece a medida que el tejido crece. En última instancia, el grupo espera crear tejido cardíaco apilando bloques que contengan células que se hayan convertido en músculos junto a bloques que contengan vasos sanguíneos, y así sucesivamente.
Los investigadores exponen grupos de células madre conocidas como cuerpos embrioides a un ento o físico que imita algunos de los momentos que las células experimentan durante el desarrollo embrionario. "En un intento por recrear esa polaridad, hemos aplicado tecnologías de microfabricación a la ingeniería de células madre", afirma Khademhosseini.
En primer lugar, el equipo coloca cuerpos embrioides en pozos a microescala, lo que provoca que las células se agrupen para formar esferas. A continuación vierten una solución de hidrogel sensible a la luz en la parte superior de las células. Cuando esta solución se expone a la luz, se endurece, dejando tras de sí una esfera de células, medio desnudas, medio encerradas en un cubo de gel. El proceso se repite para encajar la otra mitad en un segundo tipo de gel. El resultado es un bloque de hidrogel, mitad gelatina y mitad glicol de polietileno, con una esfera de células madre embrionarias en su interior.
El grupo de Khademhosseini descubrió que dentro de un cuerpo embrioide individual, las células en el lado más gelatinoso tomaban un camino diferente en comparación con las células del lado del glicol de polietileno. Para las células es más fácil entrar en la gelatina, y esto afecta al modo en que crecen, haciendo que se conviertan en vasos sanguíneos. "Remodelan completamente la parte de la gelatina, cavando a través del gel, alargándose y formando vasos sanguíneos como brotes", asegura Khademhosseini. Estas células también expresan marcadores químicos típicos de las células precursoras de vasos sanguíneos, llamadas células endoteliales. Las células en el otro lado se diferencian de una manera más caótica. Los investigadores también observaron lo que pasó al cambiar los moldes para crear bloques de gel que contuviesen más o menos gelatina.
Khademhosseini espera poner a prueba aún más los efectos de los diferentes hidrogeles. También planea integrar distintos productos químicos estimulantes del desarrollo dentro de los geles. El uso de señales químicas para influenciar la diferenciación de células madre es un enfoque común, aunque el control sobre qué partes de un grupo de células son expuestas a ciertas señales químicas ha sido difícil hasta ahora. Otros grupos han utilizado dispositivos de microfluidos para llevar los distintos productos químicos a las células. Khademhosseini cree que el uso del hidrogel facilitará las cosas.
"Esta es una nueva forma creativa para guiar el comportamiento de células madre utilizando hidrogeles como patrón", explica Sarah Heilsho , profesora asistente de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Stanford. Afirma que el aspecto más innovador del trabajo es la capacidad de crear rápidamente un gran número de construcciones celulares. "Este enfoque podría aplicarse a una amplia gama de biomateriales y otros tipos de células".
El objetivo final de Khademhosseini es construir un tejido cardíaco completo. "Nos gustaría plantar células para que sirvan de patrón de la ramificación vascular a través del tejido cardíaco", asegura. Las estructuras de gel multimaterial, señala, "pueden ser los módulos de nuestras estructuras celulares de auto-ensamblaje", afirma.