MIT Desarrolla Una Nueva Forma De Ayudar A Que Las Células Sanguíneas Se Regeneren Más Rápido

Las células madre del MIT ayudan a las células sanguíneas a regenerarse

Los ingenieros del MIT cultivaron estas células madre mesenquimales (rojas, con núcleos azules) en una superficie con propiedades mecánicas similares a las de la médula ósea. Imagen: Frances Liu y Krystyn Van Vliet

Los pacientes con cánceres de sangre como leucemia y linfoma a menudo se tratan irradiando su médula ósea para destruir las células enfermas. Después del tratamiento, los pacientes son vulnerables a las infecciones y la fatiga hasta que vuelven a crecer nuevas células sanguíneas.

MIT Los investigadores ahora han ideado una forma de ayudar a que las células sanguíneas se regeneren más rápido. Su método consiste en estimular un tipo particular de célula madre para que secrete factores de crecimiento que ayudan a las células precursoras a diferenciarse en células sanguíneas maduras.

Usando una técnica conocida como mecanopriming, los investigadores cultivaron células madre mesenquimales (MSC) en una superficie cuyas propiedades mecánicas son muy similares a las de la médula ósea. Esto indujo a las células a producir factores especiales que ayudan a las células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPC) a diferenciarse en glóbulos rojos y blancos, así como en plaquetas y otras células sanguíneas.

“Puedes pensar en ello como si estuvieras tratando de cultivar una planta”, dice Krystyn Van Vliet, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Michael and Sonja Koerner, profesor de ingeniería biológica y rector asociado. “Las MSC están entrando y mejorando el suelo para que las células progenitoras puedan comenzar a proliferar y diferenciarse en los linajes de células sanguíneas que necesitas para sobrevivir”.

En un estudio con ratones, los investigadores demostraron que las MSC especialmente cultivadas ayudaron a los animales a recuperarse mucho más rápidamente de la irradiación de la médula ósea.

Van Vliet es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 24 de octubre de la revista Stem Cell Research and Therapy. El autor principal del artículo es Frances Liu, quien recientemente recibió un doctorado en el MIT. Otros autores son el postdoctorado de la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología (SMART) Kimberley Tam, la reciente doctora del MIT Novalia Pishesha, y el ex postdoctorado SMART Zhiyong Poon, ahora en el Hospital General de Singapur.

Fábricas de fármacos celulares

Las MSC se producen en todo el cuerpo y pueden diferenciarse en una variedad de tejidos, incluidos huesos, cartílagos, músculos y grasa. También pueden secretar proteínas que ayudan a otros tipos de células madre a diferenciarse en células maduras.

“Actúan como fábricas de drogas”, dice Van Vliet. “Pueden convertirse en células de linaje tisular, pero también bombean muchos factores que cambian el entorno en el que operan las células madre hematopoyéticas”.

Cuando los pacientes con cáncer reciben un trasplante de células madre, generalmente reciben solo HPSC, que pueden convertirse en células sanguíneas. El equipo de Van Vliet ha demostrado anteriormente que cuando los ratones también reciben MSC, se recuperan más rápido. Sin embargo, en una población determinada de MSC, generalmente solo alrededor del 20 por ciento produce los factores necesarios para estimular el crecimiento de las células sanguíneas y la recuperación de la médula ósea.

“Dejados a sus propios dispositivos en los entornos culturales actuales de vanguardia, las MSC se vuelven heterogéneas y todas expresan una variedad de factores”, dice Van Vliet.

En un estudio anterior, Van Vliet y sus colegas de SMART demostraron que podía clasificar las CMM con un dispositivo microfluídico especial que puede identificar el 20 por ciento que promueve el crecimiento de las células sanguíneas. Sin embargo, ella y sus estudiantes querían mejorar eso encontrando una manera de estimular a toda una población de MSC para producir los factores necesarios.

Para ello, primero tenían que descubrir qué factores eran los más importantes. Demostraron que, si bien muchos factores contribuyen a la diferenciación de las células sanguíneas, la secreción de una proteína llamada osteopontina estaba muy correlacionada con mejores tasas de supervivencia en ratones tratados con MSC.

Luego, los investigadores exploraron la idea de “mecanizar” las células para que produjeran más factores necesarios. Durante la última década, Van Vliet y otros investigadores han demostrado que la variación de las propiedades mecánicas de las superficies en las que se cultivan las células madre puede afectar su diferenciación en tipos de células maduras. Sin embargo, en este estudio, por primera vez, mostró que las propiedades mecánicas también pueden afectar los factores que secretan las células madre antes de comprometerse con un linaje celular de tejido específico.

Por lo general, las células madre extraídas del cuerpo se cultivan en una hoja plana de vidrio o plástico rígido. El equipo del MIT decidió intentar hacer crecer las células en un polímero llamado PDMS y variar sus propiedades mecánicas para ver cómo afectaría eso a las células. Diseñaron materiales que variaban tanto en rigidez como en viscosidad, que es una medida de la rapidez con la que se estira el material cuando se aplica tensión.

Los investigadores encontraron que las MSC cultivadas en materiales con propiedades mecánicas más similares a las de la médula ósea producían la mayor cantidad de factores necesarios para inducir a las HPSPC a diferenciarse en células sanguíneas maduras.

Mejor recuperacion

Luego, los investigadores probaron sus MSC especialmente desarrolladas al implantarlas en ratones a los que se les había irradiado la médula ósea. Aunque no implantaron ninguna HSPC, este tratamiento repobló rápidamente las células sanguíneas de los animales y les ayudó a recuperarse más rápidamente que los ratones tratados con MSC cultivadas en superficies de vidrio tradicionales. También se recuperaron más rápido que los ratones tratados con las MSC productoras de factor que fueron seleccionadas por el dispositivo de clasificación de microfluidos.

“Los estudios con ratones fueron modelos de radioterapia comúnmente utilizados para matar células cancerosas en la clínica. Sin embargo, estas terapias son altamente destructivas y también destruyen las células sanas ”, dice Liu. “Nuestras MSC mecanizadas pueden ayudar a apoyar y regenerar mejor esas células sanas de la médula ósea más rápido en estos modelos de ratón, y esperamos que los mismos resultados se traduzcan en humanos”.

“Ilustrar cómo se puede explotar la mecanización de células madre mesenquimales para mejorar la recuperación hematopoyética es de gran importancia médica”, dice Viola Vogel, presidenta del Departamento de Ciencias de la Salud en Tecnología de ETH Zurich, que no participó en la investigación. “También arroja luz sobre cómo utilizar su enfoque para quizás aprovechar otras subpoblaciones de células para aplicaciones terapéuticas en el futuro”.

El laboratorio de Van Vliet ahora está realizando más estudios en animales con la esperanza de desarrollar un tratamiento combinado de MSC y HSPC que pueda probarse en humanos.

“No se puede sobrevivir con un recuento bajo de células sanguíneas por mucho tiempo”, dice. “Si puede hacer que su recuento completo de glóbulos sanguíneos alcance los niveles normales más rápido, tiene un pronóstico mucho mejor para la velocidad de recuperación”.

Los investigadores también esperan estudiar si la mecanoprimación puede inducir a las CMM a producir diferentes factores que estimularían el desarrollo de tipos de células adicionales que podrían ser útiles para tratar otras enfermedades.

“Se podría imaginar que al cambiar su entorno de cultivo, incluido su entorno mecánico, las MSC podrían usarse para la administración para atacar varias otras enfermedades”, como la enfermedad de Parkinson, la artritis reumatoide y otras, dice Van Vliet.

La investigación fue financiada por el Grupo de Investigación Interdisciplinario de BioSistemas y Micromecánica de la Alianza de Investigación y Tecnología de Singapur-MIT (SMART), a través de la Fundación Nacional de Investigación de Singapur y los Institutos Nacionales de Salud.

Publicación: Frances D. Liu, et al., “Mejora de la recuperación hematopoyética mediante el modelado y la modulación del secretoma de células estromales mesenquimales”, Stem Cell Research & Therapy, 2018; doi: 10.1186 / s13287-018-0982-2

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