Actualidad: Los gradientes bioeléctricos guían la morfología de las células madre

yoLa danza del desarrollo es eléctrica. Gradientes bioeléctricos coreografiar crecimiento embrionario, indicando a las células madre en qué tipos de células deben convertirse, a dónde deben viajar, quiénes deben ser sus vecinos y qué estructuras deben formar.¹ La intensidad y la ubicación de estas señales sirven como un andamiaje eléctrico para trazar características anatómicas y guiar el desarrollo. La bioelectricidad también moldea los tejidos. regeneración.² Aprovechar estos mecanismos es de especial interés para los investigadores que se enfrentan al desafío de regenerando nervios lesionados.³

Un curioso equipo de la Universidad de Stanford y la Universidad de Arizona informó recientemente sobre un nuevo enfoque que utiliza electricidad. hidrogeles conductores para inducir la diferenciación de células madre mesenquimales humanas en neuronas y oligodendrocitos in vitro.⁴ Sus hallazgos, publicados en la revista Revista de química de materiales Bproporcionan una prueba de principio importante para futuros estudios de materiales biocompatibles para aumentar eléctricamente las células trasplantadas y endógenas después de una lesión.

“Nuestro laboratorio utiliza diferentes polímeros para interactuar con el sistema nervioso. Creemos que hay una ventana después de la lesión que parece reflejar el desarrollo”, dijo Pablo Jorgeun científico médico de la Universidad de Stanford y coautor de este estudio. “Dado que gran parte del desarrollo está guiado por gradientes y campos eléctricos, intentamos crear un hidrogel que tuviera un gradiente como el que se puede ver en el cuerpo en desarrollo que podría guiar a las células madre para diferenciarse de ciertas maneras o formar ciertas estructuras”.

Los hidrogeles son un material biocompatible muy popular entre los ingenieros de tejidos que intentan imitar el entorno natural de las células. Retienen grandes volúmenes de agua, se pueden controlar su rigidez y sus propiedades tridimensionales y se pueden rellenar con materiales conductores de electricidad. “Existen muchas aplicaciones potenciales excelentes para la medicina regenerativa, el modelado in vitro y, potencialmente, la biofabricación”, afirmó Nisha Iyeringeniero biomédico de la Universidad de Tufts, que no participó en el estudio. “La idea de que se puedan utilizar campos eléctricos y propiedades mecánicas tridimensionales para influir en las células madre sin tener que utilizar diferentes tipos de biomoléculas o factores de crecimiento costosos para impulsar la diferenciación es enormemente motivadora”.

George y su equipo identificaron un patrón de diferenciación específico que depende de la proximidad de las células madre a campos eléctricos uniformes o variables. Las células en el centro del hidrogel se diferenciaron hacia un linaje de oligodendrocitos en respuesta a un campo eléctrico constante, mientras que las de la periferia tendieron a diferenciarse en neuronas en respuesta a un campo eléctrico menos intenso y variable. El estudio de George es único porque la mayoría de los estudios in vitro de bioelectricidad para la regeneración neuronal se centran en campos eléctricos estáticos en lugar de gradientes. El control espacial de los gradientes eléctricos tiene el potencial de imitar los que se encuentran durante el desarrollo y ayudar a la regeneración neuronal después del trasplante de células madre en estudios futuros.

“Este es un buen estudio de prueba de principio. Creo que todavía se necesita bastante trabajo adicional antes de que podamos usarlo prácticamente en los laboratorios”, dijo Iyer. Aunque preliminar, este trabajo supone un primer paso importante para futuros estudios de trasplante de células madre más hidrogeles de gradiente conductor, que podrían interactuar con el sistema nervioso lesionado para mejorar potencialmente la recuperación. “Esta plataforma fue nuestra incursión inicial en el intento de controlar esos gradientes y comprender un poco mejor las señales del desarrollo”, dijo George. “Hay mucho que aún se desconoce y si podemos hacer retroceder el tiempo un poco, tal vez podamos ayudar a los pacientes con lesiones en los nervios periféricos o accidentes cerebrovasculares a recuperarse un poco mejor”.

Referencias

1. Levin M, Stevenson CG. Regulación del comportamiento celular y la formación de patrones tisulares mediante señales bioeléctricas: desafíos y oportunidades para la ingeniería biomédica. Año Rev Biomed Eng. 2012;14:295-323.
2. Mathews J, Levin M. El cuerpo eléctrico 2.0: avances recientes en bioelectricidad del desarrollo para la bioingeniería regenerativa y sintética. Opinión Curr Biotecnología. 2018;52:134-144.
3. Oh B, et al. Modulación del microambiente eléctrico y mecánico para guiar la diferenciación de células madre neuronales. Ciencia avanzada. 2021;8(7):2002112.
4. Canción S y col. Los hidrogeles de gradiente conductor permiten el control espacial del destino de las células madre adultas. J. Mater. Química B. 2024;12(7):1854-1863.