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El gel inyectable similar a una esponja mejora la cantidad y la calidad de las células T

Una fábrica de bioingeniería para células T
El criogel de médula ósea tres semanas después de la inyección. El exterior está cubierto con una capa de hueso y el interior de la esponja se asemeja a la médula ósea vascularizada. Crédito: Universidad de Harvard

Los trasplantes de médula ósea, también conocidos como trasplantes de células madre hematopoyéticas, son tratamientos que salvan vidas para enfermedades agresivas, como leucemia y mieloma múltiple, e infecciones como el VIH. 


por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard


El procedimiento implica la infusión de células madre sanguíneas de un donante compatible en el paciente para «restablecer» la sangre y el sistema inmunológico.

Las células inmunitarias se desarrollan a partir de células madre sanguíneas que residen en la médula ósea . Para tratar la enfermedad y evitar que el cuerpo del paciente rechace las células trasplantadas, los pacientes se someten a un acondicionamiento intensivo, que implica la administración de quimioterapia y radiación. Sin embargo, el régimen de acondicionamiento también compromete significativamente el funcionamiento de las células normales en la médula ósea y, por lo tanto, compromete su capacidad para regenerar el sistema inmunológico . Esto incluye una capacidad reducida para generar células T y causa una deficiencia inmunológica profunda a largo plazo después del trasplante, aumenta el riesgo de enfermedades infecciosas oportunistas y complicaciones inmunológicas como la enfermedad de injerto contra huésped.

Ahora, los ingenieros de Harvard y los biólogos de células madre han desarrollado un gel inyectable similar a una esponja que mejora la producción de células T después de un trasplante de médula ósea, aumentando la cantidad y diversidad de estos componentes clave del sistema inmunológico. Este dispositivo diseñado por bioingeniería se puede inyectar debajo de la piel al mismo tiempo que el trasplante para ayudar a reactivar el sistema inmunológico después del trasplante de médula ósea.

La investigación se publica en Nature Biotechnology .

«La deficiencia y disfunción de las células T es un desafío potencialmente mortal, especialmente en entornos de trasplantes», dijo David Scadden, profesor de medicina Gerald y Darlene Jordan y codirector del Harvard Stem Cell Institute, y coautor principal del papel. «Nuestra investigación demuestra una solución lista para usar y fácil de administrar que puede mejorar la regeneración de células T después del trasplante de células madre».

«Hemos demostrado que la idea de crear fábricas de células en el cuerpo se puede utilizar en el contexto de las células madre para la medicina regenerativa», dijo David Mooney, profesor de bioingeniería de la familia Robert P. Pinkas en la Escuela John A. Paulson de Harvard. Ingeniería y Ciencias Aplicadas, y coautor principal del artículo.

Una fábrica de bioingeniería para células T
Se identificó una sección teñida del criogel con alginato (tinción en forma de hilo rojo) a los 10 días después del trasplante.Crédito: Universidad de Harvard

Mooney también es miembro principal de la facultad del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard.

La investigación anterior sobre la revitalización del sistema inmunológico después de un trasplante de médula ósea se ha centrado principalmente en mejorar la función del timo, el órgano necesario para la producción de células T. Mooney, Scadden y su equipo se centraron en la médula ósea, que es el hogar de las células madre de la sangre, e idearon un método para expandir las células que migran al timo para finalmente dar lugar a nuevas células T. Estas células, conocidas como progenitores linfoides comunes, se producen en la médula ósea.

«Nuestro objetivo era mejorar la producción de estas células, que son como el producto de entrada a la fundición que produce células T, creando un pequeño entorno similar a la médula ósea», dijo Scadden.

Basándose en la investigación pionera del Mooney Lab en el desarrollo de biomateriales para proporcionar señales instructivas de células, los investigadores diseñaron una fábrica de células similar a una esponja, con poros grandes que permite que las células entren y salgan. La esponja tiene dos proteínas integradas, una que recluta células externas y la otra para crear los progenitores de las células T. La primera, llamada proteína morfogenética ósea 2, recluta células locales y las estimula a convertirse en células óseas. Una vez que la esponja se asemeja a la médula ósea vascularizada , la segunda proteína estimula a las células madre sanguíneas que viven en el dispositivo a producir progenitores de células T.

Cuando los investigadores probaron el dispositivo en ratones que recibieron un trasplante de células madre hematopoyéticas, encontraron que los ratones tratados con el andamio generaban células T más rápido en comparación con los ratones que no lo hicieron.

«También descubrimos que no solo estamos mejorando la velocidad a la que se forman estas células T después del trasplante, sino que también estamos aumentando la diversidad en los tipos de células T que se forman», dijo Nisarg Shah, ex becario postdoctoral y autor principal en el periódico, quien ahora es miembro de la facultad de la Universidad de California, San Diego. «Por lo tanto, estamos mejorando no solo la cantidad de células T, sino también, potencialmente, la amplitud de las capacidades de reconocimiento y protección de patógenos».

Una fábrica de bioingeniería para células T
Una sección transversal SEM de la esponja inyectable, que muestra la forma y estructura de los poros. Barra de escala, 200 nanómetros. Crédito: Universidad de Harvard

Los investigadores también encontraron que en ratones con el andamio implantado, la frecuencia de la enfermedad injerto contra huésped, en la que las células del donante pueden atacar los tejidos y órganos sanos del paciente, se redujo significativamente.

«Las perspectivas aquí son emocionantes», dijo Bruce Blazar, profesor de pediatría en la División de trasplantes de sangre y médula ósea de la Universidad de Minnesota, que no participó en este estudio. «Una limitación importante del trasplante de células madre hematopoyéticas es la incapacidad del receptor para regenerar rápidamente las células T para montar una respuesta inmune contra antígenos extraños. Usando un andamio de criogel basado en biomateriales, los doctores Shah, Mooney y Scadden han ofrecido una vía para resolviendo este obstáculo proporcionando un sistema 3-D implantable y ligandos clave para reclutar células de soporte e inducir el destino y la diferenciación del linaje de células T, lo que resulta en una recuperación mejorada de las células T después de la transferencia de células de ratón o humanas «.

A continuación, los investigadores tienen como objetivo ampliar la investigación para que sea aplicable en un entorno clínico.

«El objetivo final es convertir esto en un producto que los médicos puedan recetar y usar», dijo Scadden.

«Este es un estudio muy agradable en el que los autores desarrollaron un gel novedoso que es muy fácil de administrar y al mismo tiempo tiene la capacidad de mejorar la regeneración de células T después del trasplante de células madre hematopoyéticas», dijo Robert Langer, profesor de ingeniería química en MIT que no participó en este estudio. «Espero que con más trabajo esto se convierta en una terapia útil para los pacientes».



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