211service.com
I microfili aiutano a far crescere nuovi muscoli
I ricercatori hanno riparato grandi ferite muscolari nei topi coltivando e impiantando microfili rivestiti con cellule muscolari umane. I microfili, realizzati con lo stesso materiale che innesca la formazione di coaguli di sangue, sembrano aiutare le cellule a crescere con l'orientamento corretto, che è vitale per ricostruire il tessuto muscolare funzionante.
Guarigione muscolare: Fili sottili come quelli mostrati qui sono stati seminati con cellule muscolari e impiantati nelle ferite per aiutare a guarire i muscoli nei topi.
Ipotizziamo che le cellule migrino lungo queste impalcature, che agiscono come un condotto, afferma George Pins , professore associato di bioingegneria al Worcester Polytechnic Institute. Pins ha sviluppato la tecnologia microthread. Le cellule impiantate si integrano rapidamente nel muscolo esistente e riducono la formazione di tessuto cicatriziale. Le cellule crescono nello spazio dove c'era il muscolo, ma crescono in modo guidato.
Attualmente, non c'è molto che i medici possano fare quando qualcuno subisce lesioni gravi a un muscolo, come in un incidente d'auto o un'esplosione. Bande spesse di tessuto cicatriziale possono formarsi nella ferita, lasciando il muscolo gravemente e permanentemente danneggiato.
Gli scienziati stanno sviluppando numerosi approcci alla creazione di muscoli sostitutivi, tra cui la crescita di chiazze di cellule in un piatto, l'iniezione di cellule staminali nel muscolo danneggiato e l'impianto di scaffold con semi cellulari progettati per imitare il tessuto nativo. Mentre tutti questi sforzi mostrano risultati promettenti per determinate applicazioni, una delle sfide principali è stata la crescita di cellule nella struttura corretta a sufficienza per guarire grandi ferite muscolari.
L'allineamento muscolare è molto importante, dice Kevin Kit Parker , un bioingegnere dell'Università di Harvard che non era coinvolto nella ricerca. Vuoi che i sarcomeri [l'unità funzionale di base del muscolo] siano allineati, è così che ottieni le contrazioni muscolari.
Pins e i suoi collaboratori, tra cui Ray Page , un assistente professore presso il Bioengineering Institute del WPI, mira a risolvere questo problema facendo crescere le cellule lungo i microfili. Questi fili sottili come capelli sono fatti di fibrina, un polimero proteico che il corpo utilizza per avviare la guarigione delle ferite e un ingrediente comune nell'ingegneria dei tessuti. Per realizzare i microfili, i ricercatori estrudono contemporaneamente fibrinogeno, l'elemento costitutivo della fibrina, e trombina, un enzima che catalizza le proteine solubili del fibrinogeno in un polimero, da due piccoli tubi. (I microthread vengono studiati anche per altre applicazioni, come la crescita di chiazze di muscolo cardiaco per riparare i danni dopo gli attacchi di cuore.)
I fili sono stati seminati con cellule muscolari umane derivate da tessuto scartato durante l'intervento chirurgico. Prima della semina, il team di Page ha coltivato le cellule in condizioni che le hanno spinte a de-differenziarsi, o a diventare cellule più giovani e meno specializzate, che a loro volta le hanno rese maggiormente in grado di rigenerarsi.
Per testare la tecnologia sui topi, i ricercatori hanno tagliato circa il 30 percento del muscolo tibiale anteriore degli animali, che si trova nella parte anteriore della parte inferiore della gamba. Hanno quindi impiantato microfili con semi cellulari nella ferita. (Il diametro del filo, da circa 50 a 100 micron, è da 5 a 10 volte la dimensione delle celle.)
I ricercatori ritengono che l'impalcatura di fibrina invii segnali di segnalazione che imitano la guarigione della ferita nativa, legandosi ai fattori di crescita e ad altre molecole presenti nei coaguli di sangue. Attira anche un enzima che scompone la fibrina, rilasciando proteine del fibrinogeno che segnalano alle cellule circostanti di migrare e far crescere nuovi tessuti, afferma Pins.
Le cellule sembravano integrarsi nel tessuto ospite in appena un paio di giorni. Dopo una settimana, i microfili hanno iniziato a degradarsi e i ricercatori hanno visto che le fibre muscolari erano cresciute nell'area lasciata indietro. A 10 settimane, il letto della ferita era pieno di cellule umane, che sembravano fibre muscolari mature. Page ha presentato la ricerca a una bioingegneria simposio al WPI all'inizio di questo mese.
I ricercatori stanno ora cercando di determinare se il nuovo tessuto si comporta come un muscolo normale. Le prime prove suggeriscono che gli impianti hanno anche stimolato la crescita delle cellule muscolari native, anche se Page afferma che devono ancora confermarlo.
Inoltre, i topi a cui sono stati impiantati microfili avevano molto meno tessuto cicatriziale rispetto agli animali lasciati a guarire da soli. I microfili hanno ridotto drasticamente la quantità di collagene [il componente principale del tessuto cicatriziale] depositato nell'area della ferita, afferma Page. Invece del collagene, vediamo molto tessuto muscolare [ben organizzato].
Page afferma che mentre altri scienziati sono stati in grado di riparare i muscoli in una certa misura, la tecnologia WPI ha guarito un'area di lesioni molto più ampia rispetto alla ricerca precedente. Ciò può essere dovuto al fatto che i microfili aiutano a risolvere una delle principali sfide nella crescita di strisce più grandi di nuovo tessuto, il prelievo di un adeguato apporto di sangue, vitale per la sopravvivenza delle cellule. Uno dei motivi per cui volevamo studiare i microfili era che sentivamo che lo spazio tra i fili avrebbe dato spazio alla formazione dei vasi e alla crescita delle cellule muscolari, afferma Page.
Parker di Harvard, che sta facendo crescere il muscolo cardiaco usando fibre ancora più piccole, è d'accordo, aggiungendo che poche persone nell'ingegneria dei tessuti stanno adottando questo approccio. Se metto un bel pezzo di carne lì dentro, il centro diventerà ipossico [o affamato di ossigeno], dice Parker. Se lascio spazio tra le cellule, è più facile reclutare i vasi sanguigni locali.