Regeneración de tejidos blandos en un microambiente de andamio libre de células

En un nuevo informe publicado ahora en Scientific Reports, Irini Gerges y un equipo de científicos de Italia y EE. UU. estudiaron la importancia de las señales biomecánicas y bioquímicas para crear condiciones de cultivo adecuadas para microambientes regenerativos tridimensionales (3D) y formación de tejidos blandos. El equipo observó cambios en la adipogénesis en relación con las propiedades mecánicas tridimensionales y creó un gradiente de microambientes tridimensionales con diferentes rigideces. Los resultados indicaron un aumento significativo en las proporciones de tejido adiposo, al tiempo que disminuyeron la rigidez del microambiente mecánico 3D. Compararon este efecto de acondicionamiento mecánico con la regulación bioquímica al cargar los entornos extracelulares con un estimulante biológico. Los resultados mostraron un acondicionamiento mecánico y bioquímico suficiente para impulsar la adipogénesis e influir en la remodelación de los tejidos. El trabajo puede abrir nuevas vías para diseñar andamios 3D para formar microentornos que regeneren grandes volúmenes de tejido adiposo y blando para implicaciones prácticas y directas en cirugía reconstructiva y estética.

Reconstrucción de tejidos blandos

Los enfoques de reconstrucción de tejidos blandos dependen de rellenos inertes o injertos autólogos; por lo tanto, existe una necesidad clínica no satisfecha de soluciones eficaces para restaurar los tejidos blandos después de la cirugía. Los enfoques basados ​​en andamios libres de células son una solución prometedora debido a su biocompatibilidad, adaptabilidad al tejido objetivo, rentabilidad y cumplimiento de los estándares internacionales de fabricación. Los andamios sintéticos son una solución clínica escalable porque pueden evitar obstáculos normativos y de fabricación en comparación con las terapias basadas en células. Los andamios tridimensionales (3D) para regenerar volúmenes de tejido blando clínicamente relevantes han logrado un progreso considerable a nivel clínico, como se ve con los andamios de grado médico. Las limitaciones del material resultan de la alta rigidez local de los filamentos de polímero en comparación con el tejido objetivo. Por lo tanto, es importante desarrollar andamios específicos para la regeneración del tejido adiposo para regular las señales biomecánicas para lograr interacciones apropiadas entre células y biomateriales que son fundamentales para la adipogénesis. El equipo abordó los factores clave del rendimiento biológico de los biomateriales porosos reticulados a base de poliuretano como andamios para la regeneración de tejidos blandos centrándose en el papel de la química de polímeros y la microarquitectura. En este trabajo, Gerges et al. modificó la composición de los segmentos de poliéster triol para sintetizar un gradiente de andamios porosos que comparten propiedades fisicoquímicas y morfológicas similares con diversas rigideces de sustrato para comprender el impacto de las señales mecánicas en la adipogénesis.

los experimentos

Los científicos mejoraron el microambiente regenerativo mediante el uso de un andamio cargado con un agonista del receptor activado por el proliferador de peroxisomas, rosiglitazona, para inducir la diferenciación de los adipocitos. Investigaron el impacto del entorno mecánico en el rendimiento in vivo de un andamio mediante el ajuste fino de las propiedades mecánicas del andamio sin cambiar ni alterar las características fisicoquímicas restantes. Al variar el grado de reticulación, la dimensión de los poros y la proporción de los segmentos duros y blandos que mantienen unida la estructura macromolecular, el equipo reguló las propiedades mecánicas de una espuma de poliuretano reticulada. Gerges et al. luego se centró en el grado de cristalinidad de los segmentos blandos y mantuvo constante la relación entre el iniciador y el monómero, con el fin de mantener el mismo peso molecular promedio de los materiales. Después de realizar pruebas de compresión en las tres versiones de formulaciones de andamios, el equipo cambió la relación entre los dominios amorfo y cristalino de los poliésteres para obtener con éxito tres tipos de formulaciones de andamios. Los investigadores trataron todos los andamios en este estudio con poli-L-lisina para promover la adhesión celular en las superficies del material para interacciones no específicas entre células y biomateriales.

Comprender la función del material del andamio

Después de implementar los andamios en modelos animales, los científicos no observaron anomalías en ellos y realizaron exámenes histológicos en los andamios al recuperarlos. Observaron la formación de cápsulas alrededor del andamio con cantidades moderadas de macrófagos y células gigantes multinucleadas asociadas con infiltrados inflamatorios crónicos en los tres grupos de andamios. Entre los grupos probados, el material de andamiaje con el módulo de elasticidad más bajo mantuvo el mayor porcentaje de tejido adiposo. Gerges et al. A continuación, investigó el impacto de la regulación bioquímica por la liberación local de moléculas agonistas de receptores activados por proliferación de peroxisomas en un marco biomecánico neutral. Las concentraciones de las moléculas fueron suficientes para activar los receptores correspondientes en las células que invaden el andamio desde el tejido circundante adyacente. El equipo atribuyó el aumento significativo del tejido adiposo en los andamios tratados al entorno libre de células inducido por la activación de los receptores específicos.

panorama

De esta manera, Irini Gerges y sus colegas estudiaron la importancia de las señales biomecánicas y bioquímicas para desarrollar un microentorno regenerativo en 3D para la formación de tejidos blandos basado en dos conjuntos específicos de experimentos en modelos animales. Los resultados destacan la infiltración del tejido adiposo con la disminución de la rigidez del andamio y los beneficios de las propiedades mecánicas del andamio para regenerar el tejido adiposo mientras se inhibe la formación de tejido fibroso. Los resultados confirmaron la capacidad de los factores mecánicos y bioquímicos para promover igualmente la formación de tejido adiposo en las condiciones descritas, lo que sugiere que una señalización mecánica adecuada puede impulsar la adipogénesis al influir significativamente en la diferenciación celular.