A la vanguardia de la medicina regenerativa: propiedades celulares específicas de nuevos materiales de seda de araña
Los materiales de seda de araña pueden modificarse o procesarse específicamente para que células vivas de un determinado tipo se adhieran a ellos, crezcan y proliferen. Así lo han descubierto investigadores de la Universidad de Bayreuth bajo la dirección del Prof. Dr. Thomas Scheibel. Los efectos específicos de los materiales sobre las células pueden generarse mediante modificaciones bioquímicas de las proteínas de la seda, pero también mediante la estructuración de la superficie de los recubrimientos de seda de araña. Los resultados de la investigación, publicados en "Advanced Healthcare Materials" y "Advanced Materials Interfaces", son pioneros para la medicina regenerativa y la producción de tejidos artificiales.
Imagen simbólica
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Izquierda: fibroblastos de piel sobre recubrimientos estructurados de seda de araña; derecha: células progenitoras musculares sobre un andamiaje de seda de araña modificada con péptidos. Rojo: citoesqueleto de actina, turquesa: núcleo y andamiaje de seda de araña, azul: núcleo.
Vanessa Trossmann
La seda de araña favorece la formación de tejido natural de forma específica para cada célula
En muchos casos, la restauración biomédica de tejidos dañados o destruidos depende de la estimulación y el control del desarrollo de células específicas. Células de distintos tipos, por ejemplo de la piel, los músculos y los nervios, deben participar para crear una red celular que funcione. Un andamiaje de seda de araña implantado en el cuerpo, al que se adhiere un número creciente de células de nuevo desarrollo, proporciona importantes requisitos previos para este proceso natural de reconstrucción: Las proteínas de la seda de araña son biodegradables y, en general, compatibles con las células existentes del organismo. Los resultados de la investigación de Bayreuth obtenidos en la Cátedra de Biomateriales muestran ahora cómo puede optimizarse un andamio de este tipo fabricado con seda de araña. En el futuro, se podrán utilizar materiales especialmente adecuados para la fijación, el crecimiento y la proliferación de células de un tipo celular determinado en diferentes secciones del andamio. Por consiguiente, un andamio de seda de araña implantado en el cuerpo es ideal para la producción de grandes estructuras de tejido natural en las que participen distintos tipos de células. Se degrada gradualmente de forma natural a medida que avanza la regeneración del tejido.
Los recubrimientos de los implantes de seda de araña suprimen las reacciones de rechazo
Los resultados de los dos estudios también beneficiarán la optimización de implantes destinados a sustituir permanentemente el tejido natural y permanecer en el organismo. Para ello se necesitan materiales que garanticen que los implantes no sean rechazados por inflamaciones o reacciones alérgicas. Un recubrimiento de seda de araña, que se adapta de forma óptima a los respectivos tipos celulares del tejido circundante y favorece su fijación, ayuda a evitar tales reacciones de rechazo y contribuye así a la integración sin problemas del implante en el tejido natural.
Efectos celulares específicos mediante modificaciones bioquímicas
Como han demostrado los investigadores de Bayreuth, los materiales de seda de araña pueden producir efectos específicos en las células modificando funcionalmente las proteínas de la seda mediante la incorporación de péptidos, que son poliaminoácidos de cadena corta. Los péptidos que interactúan con las células (péptidos de adhesión celular) están presentes en la matriz extracelular (MEC) de los tejidos naturales: Se trata de una estructura molecular en forma de celosía que rellena los espacios entre las células vecinas de un tejido y estabiliza su disposición espacial. Los investigadores de Bayreuth han injertado algunos péptidos de adhesión celular presentes en la ECM de numerosos organismos -incluidos los humanos- en diversas variantes de una proteína de seda derivada de una seda de araña de la araña cruz de jardín. Como resultado de la modificación bioquímica, algunas de estas proteínas de seda alteradas resultaron ser generalmente adhesivas para las células, mientras que otras mostraban en general un comportamiento repelente. En algunos casos, sin embargo, se observaron además interacciones específicas con las células. Especialmente llamativos fueron los efectos del péptido KGD: favorece específicamente la adhesión y el crecimiento de los mioblastos. Se trata de células precursoras del músculo embrionario que pueden convertirse en fibras musculares.
"Los resultados de nuestra investigación apuntan a una nueva vía que podría conducir a aplicaciones celulares específicas de los materiales fabricados con seda de araña, ya sea en el diseño de andamiajes para promover procesos regenerativos naturales, en el recubrimiento de implantes o incluso en la impresión 3D de hidrogeles con células encapsuladas que puedan transformarse en materiales funcionales", afirma Vanessa Trossmann M.Sc., autora principal del estudio publicado en Advanced Healthcare Materials.
Efectos específicos de las células gracias a la estructuración de la superficie de los recubrimientos de seda de araña
El estudio, publicado en Advanced Materials Interfaces, presenta una forma distinta de optimizar los materiales de seda de araña. Los recubrimientos elaborados a partir de una proteína de seda derivada directamente de la seda de la araña jardinera no presentan un comportamiento adhesivo celular por sí solos, sin modificación bioquímica. El equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Thomas Scheibel ha utilizado ahora un proceso litográfico para estructurar la superficie de estos recubrimientos de forma que estimulen específicamente la adhesión y el crecimiento de células de un determinado tipo. Las reacciones de las distintas células a la forma y el tamaño de las estructuras geométricas impresas en la superficie dependen en gran medida del tipo celular respectivo, entre otros parámetros, como han demostrado pruebas exhaustivas. "Basándonos en los resultados de nuestra investigación, será posible optimizar litográficamente recubrimientos hechos de proteínas de seda o de otros materiales biocompatibles de tal manera que estimulen e impulsen la regeneración natural de estructuras tisulares complejas de forma específica para cada célula", afirma Scheibel.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Vanessa Tanja Trossmann, Thomas Scheibel: Design of Recombinant Spider Silk Proteins for Cell Type Specific Binding, Advanced Healthcare Materials 9/2023
Sarah Lentz, Vanessa Tanja Trossmann, Thomas Scheibel: Selective Topography Directed Cell Adhesion on Spider Silk Surfaces. Advanced Material Interfaces, 5/2023
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