Un equipo de químicos y bioingenieros de la Universidad Rice y la Universidad de Houston han logrado un hito importante en su trabajo para crear un biomaterial que pueda usarse para cultivar tejidos biológicos fuera del cuerpo humano. El desarrollo de un nuevo proceso de fabricación para crear hidrogeles de nanofibras alineados podría ofrecer nuevas posibilidades para la regeneración de tejidos después de una lesión y proporcionar una forma de probar candidatos a fármacos terapéuticos sin el uso de animales.
El equipo de investigación, dirigido por Jeffrey Hartgerink, profesor de química y bioingeniería, ha desarrollado hidrogeles a base de péptidos que imitan la estructura alineada de los tejidos musculares y nerviosos. La alineación es fundamental para la funcionalidad de los tejidos, pero es una característica difícil de reproducir en el laboratorio, ya que implica alinear células individuales.
Durante más de diez años, el equipo ha estado diseñando péptidos multidominio (MDP) que se autoensamblan en nanofibras. Se parecen a las proteínas fibrosas que se encuentran naturalmente en el cuerpo, muy parecidas a una telaraña a nanoescala.
En su último estudio, publicado en línea y presentado en la portada de la revista ACS Nano, los investigadores descubrieron un nuevo método para crear «fideos» de nanofibras MDP alineados. Al disolver primero los péptidos en agua y luego extruirlos en una solución salada, pudieron crear nanofibras peptídicas alineadas, como hebras retorcidas de cuerda más pequeñas que una célula. Al aumentar la concentración de iones, o sal, en la solución y repetir el proceso, lograron una alineación aún mayor de las nanofibras.
«Nuestros hallazgos demuestran que nuestro método puede producir nanofibras peptídicas alineadas que guían eficazmente el crecimiento celular en la dirección deseada», explicó el autor principal Adam Farsheed, quien recientemente recibió su doctorado. en bioingeniería de Rice. «Este es un paso crucial hacia la creación de tejidos biológicos funcionales para aplicaciones de medicina regenerativa».
Uno de los hallazgos clave del estudio fue un descubrimiento inesperado: cuando la alineación de las nanofibras peptídicas era demasiado fuerte, las células ya no se alineaban. Investigaciones adicionales revelaron que las células necesitaban poder «tirar» de las nanofibras peptídicas para reconocer la alineación. Cuando las nanofibras eran demasiado rígidas, las células no podían ejercer esta fuerza y no lograban organizarse en la configuración deseada.
«Esta comprensión del comportamiento celular podría tener implicaciones más amplias para la ingeniería de tejidos y el diseño de biomateriales», dijo Hartgerink. «Comprender cómo interactúan las células con estos materiales a nanoescala podría conducir a estrategias más efectivas para construir tejidos».
Otros coautores del estudio de Rice incluyen el Ph.D. del departamento de química. los graduados Tracy Yu y Carson Cole, el estudiante de posgrado Joseph Swain y el investigador universitario Adam Thomas. El investigador universitario de bioingeniería Jonathan Makhoul, el estudiante de posgrado Eric García Huitron y la profesora K. Jane Grande-Allen también fueron coautores del estudio. El equipo de investigadores de la Universidad de Houston incluye Ph.D. el estudiante Christian Zevallos-Delgado, el asistente de investigación Sajede Saeidifard, el profesor asistente de investigación Manmohan Singh y el profesor de ingeniería Kirill Larin.
Este trabajo fue financiado en parte por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (R01DE021798, R01EY022362, R01HD095520, R01EY030063), la Fundación Nacional de Ciencias (2129122), el Programa de becas de investigación para graduados de la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Welch (C-2141). . El contenido de este comunicado de prensa es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente las opiniones oficiales de las organizaciones financiadoras.
