Los pacientes con cánceres de la sangre tales como la leucemia y el linfoma son a menudo tratados por irradiación de su médula ósea para destruir las células enfermas. Después del tratamiento, los pacientes son vulnerables a la infección y la fatiga hasta que las nuevas células de la sangre vuelven a crecer.

Los investigadores del MIT han ideado una manera de ayudar a las células de la sangre se regeneran más rápido. Su método implica la estimulación de un tipo particular de células madre para secretar factores de crecimiento que ayudan a las células precursoras se diferencian en células sanguíneas maduras.

Usando una técnica conocida como mechanopriming, los investigadores cultivaron células madre mesenquimales (MSC) sobre una superficie cuyas propiedades mecánicas son muy similares a la de la médula ósea. Esto indujo a las células a producir factores especiales que ayudan a las células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPCs) diferenciarse en células rojas y blancas de la sangre, así como plaquetas y otras células de la sangre.

“Se puede pensar en ello como si estuviera tratando de hacer crecer una planta,"Dice Krystyn Van Vliet, el profesor Michael y Sonja Koerner de Ciencia de los Materiales e Ingeniería, profesor de ingeniería biológica, y director asociado. “Los MSC están llegando y mejorar el suelo de manera que las células progenitoras pueden empezar a proliferar y diferenciarse en los linajes de células sanguíneas que necesita para sobrevivir.”

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

Van Vliet es el autor principal del estudio, que aparece en oct. 24 número de la revista Investigación con células madre y terapia. El autor principal del artículo es el MIT receptor reciente doctorado Frances Liu. Otros autores son Singapur-MIT Alianza de Investigación y Tecnología (INTELIGENTE) postdoc Kimberley Tam, receptor reciente MIT PhD Novalia Pishesha, y ex post-doctorado de SMART Zhiyong Poon, ahora en el Hospital General de Singapur.

fábricas de drogas celulares

MSCs se producen en todo el cuerpo y pueden diferenciarse en una variedad de tejidos, incluyendo el hueso, cartílago, músculo, y gordo. También pueden secretar proteínas que ayudan a otros tipos de células madre se diferencian en células maduras.

“Ellos actúan como fábricas de drogas,"Dice Van Vliet. “Pueden llegar a ser células de linaje de tejido, pero también bombear una gran cantidad de factores que cambian el medio ambiente que las células madre hematopoyéticas están operando en “.

Cuando los pacientes con cáncer reciben un trasplante de células madre, por lo general sólo reciben hPSCs, que puede convertirse en células sanguíneas. El equipo de Van Vliet ha demostrado previamente que cuando se dan también los ratones MSC, que se recuperen más rápido. sin embargo, en una población dada de MSCs, por lo general sólo alrededor 20 ciento producir los factores que son necesarios para estimular el crecimiento de células sanguíneas y la recuperación de la médula ósea.

“De izquierda a sus propios dispositivos en los ambientes de cultivo actuales del estado de la técnica, MSC convertirse heterogénea y todos ellos expresan una variedad de factores,"Dice Van Vliet.

En un estudio anterior, Van Vliet y sus colegas de SMART mostraron que podía ordenar MSCs con un dispositivo de microfluidos especial que puede identificar el 20 por ciento que promueven el crecimiento de células sanguíneas. sin embargo, ella y sus estudiantes quería mejorar en eso por encontrar una manera de estimular a toda una población de MSC para producir los factores necesarios.

Para hacer eso, primero tenían que descubrir qué factores fueron los más importantes. Ellos mostraron que mientras que muchos factores contribuyen a la diferenciación de células de la sangre, la secreción de una proteína llamada osteopontina fue más altamente correlacionado con mejores tasas de supervivencia en ratones tratados con MSCs.

Luego, los investigadores exploraron la idea de “mechanopriming” las células para que se produciría más de los factores necesarios. En la última década, Van Vliet y otros investigadores han demostrado que la variación de las propiedades mecánicas de superficies en las que las células madre son cultivadas puede afectar a su diferenciación en tipos de células maduras. sin embargo, en este estudio, por primera vez, que mostró que las propiedades mecánicas también pueden afectar los factores que las células madre segregan antes de comprometerse a un linaje celular específico de tejido.

Generalmente, células madre extraídas del cuerpo se cultivan en una lámina plana de vidrio o de 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 eso afectaría a las células. Ellos diseñaron materiales que variaban en tanto su rigidez y su viscosidad, que es una medida de la rapidez con que se extiende el material cuando se aplica el estrés.

Los investigadores encontraron que las MSC cultivadas en materiales con propiedades mecánicas más similares al de la médula ósea produce el mayor número de los factores necesarios para inducir HPSPCs de diferenciarse en células sanguíneas maduras.

mejor recuperación

Luego, los investigadores probaron sus MSCs especialmente cultivadas por implantarlas en ratones que habían tenido su médula ósea irradiada. A pesar de que no se implantan cualquier HSPCs, este tratamiento repoblada rápidamente células de la sangre de los animales y ayudó a que se recuperen más rápidamente que los ratones tratados con MSCs cultivadas en superficies de vidrio tradicionales. Ellos también se recuperaron más rápidamente que los ratones tratados con los MSCs productoras de factores que fueron seleccionados por el dispositivo de clasificación de microfluidos.

“Los estudios de ratón fueron modelos de terapia de radiación que se usan comúnmente para destruir las células cancerosas en la clínica. sin embargo, estas terapias son altamente destructiva y también destruyen las células sanas, así,”Dice Liu. “Nuestras MSC mecanoprimadas pueden ayudar a respaldar y regenerar mejor esas células sanas de la médula ósea más rápido en estos modelos de ratones., y esperamos que los mismos resultados se traduzcan en humanos”.

“Ilustrar cómo se puede aprovechar el cebado mecánico de las células madre mesenquimales para mejorar la recuperación hematopoyética es de gran importancia médica.,dice Viola Vogel, presidente del Departamento de Ciencias de la Salud en Tecnología en ETH Zurich, quien no estuvo involucrado en la investigación. "También arroja luz sobre cómo utilizar su enfoque para quizás aprovechar otras subpoblaciones celulares 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 glóbulos durante mucho tiempo," ella dice. “Si puede llevar su conteo completo de células sanguíneas a niveles normales más rápido, tiene un pronóstico mucho mejor para la velocidad de recuperación”.

Los investigadores también esperan estudiar si mechanopriming puede inducir MSC para producir diferentes factores que estimulen el desarrollo de otros tipos de células que podrían ser útiles para el tratamiento de otras enfermedades.

“Se podría imaginar que al cambiar su entorno de cultivo, incluyendo su entorno mecánico, MSCs se podrían utilizar para la administración a apuntar a varias otras enfermedades,”Como la enfermedad de Parkinson, Artritis Reumatoide, y otros, Van Vliet dice.

La investigación fue financiada por el Grupo de Investigación Interdisciplinaria BioSystems y micromecánica de la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y Tecnología (INTELIGENTE), a través de la Fundación Nacional de Investigación de Singapur, y los Institutos Nacionales de Salud.

Fuente:

http://news.mit.edu, por Anne Trafton