"Nuestra hipótesis es que las células migran a lo largo de estos andamios, que actúan como un conducto", señala George Pins, profesor adjunto de bioingeniería en el Instituto Politécnico de Worcester. Pins desarrolló la tecnología de microhilos. Las células implantadas se integran rápidamente en el músculo existente y reducen la formación de tejido cicatricial. "Las células crecen en el espacio donde el músculo solía estar, pero crecen de una manera guiada".
En la actualidad, los médicos no pueden hacer demasiado cuando alguien sufre una lesión masiva en un músculo, como por ejemplo tras un accidente automovilístico o una explosión. Unas gruesas bandas de tejido cicatricial pueden acabar formándose en la herida, dejando al músculo grave y permanentemente impedido.
Los científicos están desarrollando numerosos enfoques para la creación de músculos de reemplazo, incluyendo el cultivo de parches de células en una placa, la inyección de células madre en el músculo dañado, y la implantación de andamios poblados de células diseñados para imitar el tejido de origen. Aunque todos estos métodos resultan prometedores para ciertos usos, uno de los retos más importantes ha sido el cultivo de un número suficiente de células en la estructura correcta como para sanar las heridas de músculos grandes.
"La alineación del músculo es muy importante", afirma Kevin "Kit" Parker, bioingeniero de la Universidad de Harvard que no participó en la investigación. "Lo que necesitamos es que los sarcómeros [la unidad básica funcional de los músculos] pueda ser alineada, y así es como se consiguen las contracciones musculares".
Pins y sus colaboradores, incluyendo a Ray Page, profesor asistente en el Instituto de Bioingeniería de WPI, tienen como objetivo resolver este problema mediante el cultivo de células que crezcan a lo largo de los microhilos. Estos filamentos del grosor de un pelo son de fibrina, un polímero de proteína que el cuerpo utiliza para iniciar la curación de heridas, y un ingrediente común en la ingeniería de tejidos. Para crear los microhilos, los investigadores al mismo tiempo extraen el fibrinógeno, el componente básico de la fibrina, y la trombina, una enzima que cataliza las proteínas las proteínas de fibrinógeno solubles en un polímero, a partir de dos pequeños tubos. (Los microhilos también están siendo estudiados para otras aplicaciones, como el cultivo de parches de músculo cardiaco con los que reparar los daños después de sufrir ataques al corazón.)
En los hilos fueron sembradas células musculares humanas procedentes de tejidos descartados durante cirugías. Antes de la siembra, el equipo de Page cultivó las células en unas condiciones que las obligaron a de-diferenciarse—o volverse células más jóvenes, menos especializadas—lo que a su vez las hizo más capaces de regenerarse.
Para probar la tecnología en ratones, los investigadores cortaron cerca del 30 por ciento del músculo tibial anterior de los animales, que se encuentra en la parte delantera de la pata más baja. A continuación, implantaron en la herida células sembradas en microhilos. (El diámetro del hilo, entre 50 y 100 micrones, es entre cinco y 10 veces el tamaño de las células.)
Los investigadores creen que el andamio de fibrina envía señales que imitan el proceso de cicatrización de heridas nativo, uniéndose a factores de crecimiento y otras moléculas encontradas en los coágulos de sangre. También atrae a una enzima que descompone la fibrina, liberando proteínas de fibrinógeno que señalizan a las células colindantes que deben migrar y crear un nuevo tejido, asegura Pins.
Las células parecieron integrarse en el tejido del huésped en sólo un par de días. Después de una semana, el microhilo comenzó a degradarse, y los investigadores observaron que un grupo de fibras musculares habían crecido en el área dejada por ellos. A las 10 semanas, el lecho de la herida estaba lleno de células humanas, y guardaban parecido con fibras musculares maduras. Page presentó la investigación en un simposio de bioingeniería en WPI a principios de este mes.
En la actualidad, los investigadores están tratando de determinar si el nuevo tejido se comporta como tejido muscular normal. La evidencia preliminar sugiere que los implantes también estimularon el crecimiento de las células musculares nativas, aunque Page señala que todavía tienen que confirmar ese hecho.
Además, los ratones implantados con microhilos poseían mucho menos tejido cicatrizal que los animales a los que se les dejó curarse por sí solos. Los microhilos "redujeron drásticamente la cantidad de colágeno [el principal componente del tejido cicatricial] depositado en el área de la herida", afirma Page. "En vez de colágeno, observamos una gran cantidad de tejido muscular bien organizado".
Page asegura que, si bien otros científicos han sido capaces de reparar músculos hasta cierto punto, la tecnología de WPI sanó un área de lesiones mucho mayor que las investigaciones anteriores. Esto podría ser debido a que los microhilos ayudan a resolver uno de los retos principales en el crecimiento de grandes franjas de nuevos tejidos—la obtención de un suministro adecuado de sangre, algo vital para la supervivencia celular. "Una de las razones por las que queríamos investigar los microhilos fue porque creíamos que dejar espacio entre los hilos daría lugar a la formación de vasculatura y al crecimiento de células musculares", asegura Page.
Parker, desde Harvard, dedicado al cultivo de músculo del corazón usando fibras aún más pequeñas, está de acuerdo, y agrega que pocas personas dentro de la ingeniería de tejidos están siguiendo este enfoque. "Si pusiera un trozo de ca e sólida ahí, el centro se volverá hipóxico [o falto de oxígeno]", afirma Parker. "Si dejo espacio entre las células, es más fácil reclutar vasos sanguíneos locales".