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Un novedoso nicho de células madre por microingeniería

Pronto podremos curar una enfermedad con tratamientos con células madre en lugar de con pastillas. Comprender y controlar la diferenciación de las células madre es sumamente importante y requiere herramientas innovadoras, como el nicho (o sustrato) sintético desarrollado durante el proyecto NICHOID.

Investigación fundamental
Salud

El objetivo de la medicina regenerativa es reparar y recuperar la función biológica de los tejidos y órganos dañados a menudo mediante el uso de células madre, por ejemplo en la reparación de cartílago o la curación de heridas. Sin embargo, para ello se deben desarrollar sustratos de cultivo que imitan el entorno natural de las células madre y que pueden fomentar su expansión y diferenciación.

Polimerización de un sustrato innovador para células madre

Las matrices de polímeros son estructuras diseñadas a partir de materiales poliméricos sintéticos como el ácido poli-L-láctico o el ácido poli-glicólico. Están surgiendo como entornos tridimensionales sintéticos capaces de influir en el crecimiento y proliferación celular, junto con capas alimentadoras u otros compuestos biológicos que se utilizan para mantener el fenotipo de las células madre. Para desterrar las preocupaciones en materia de seguridad asociadas al uso de dichos aditivos y capas alimentadoras, el proyecto NICHOID, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (CEI) de la Unión Europea, desarrolló una matriz polimérica con estructura de rejilla utilizando una tecnología de microfabricación denominada polimerización por láser de dos fotones. «Nuestro método derivó en el desarrollo del sustrato Nichoid, seguro y fácil de usar», explica la investigadora principal, Manuela Teresa Raimondi, de la Universidad Politécnica de Milán (Italia). El Nichoid se probó en células madre mesenquimales (CMM), conocidas por su capacidad regeneradora en aplicaciones de cirugía ortopédica, plástica y reparadora, así como por su potencial inmunosupresor en el trasplante de órganos. También son sensibles a estímulos mecánicos del microentorno. Se cree que las señales mecánicas transducidas en las células determinan el destino de las células al alterar la forma nuclear y de ahí la importación y exportación de factores de transcripción que son de suma importancia para la regulación de la expresión génica. «El Nichoid básicamente impide la diseminación celular durante la proliferación al confinar mecánicamente las células en la rejilla, evitando así este activador fundamental hacia la diferenciación», recalca Raimondi. Con la ayuda de colegas de la afiliada Universidad Politécnica de Milán y del Consejo Nacional de Investigación italiano, los investigadores observaron una configuración nuclear redondeada en las CMM adheridas a la rejilla microscópica del Nichoid, mientras que en torno a la rejilla se vio una configuración diseminada en las células fijadas en el sustrato plano. La morfología de estas coincidía con un aumento en la permeabilidad nuclear y en el flujo de moléculas de señalización que inducen la diferenciación celular. La observación de que en las células madre la importación nuclear de los factores de transcripción que activan la diferenciación celular la regulan principalmente estirpes de membranas nucleares también contó con el respaldo de la predicción informática del flujo de importación nuclear como función de morfología celular. Este control geométrico de la primordialidad celular abre la vía a la reprogramación de la capacidad de las células madre de generar múltiples tipos celulares (multipotencia) o incluso todos los tipos celulares (pluripotencia) en cultivo, sin necesidad de agentes químicos o modificaciones genéticas.

El futuro del sustrato Nichoid

Los resultados obtenidos gracias al proyecto ERC-NICHOID representan un núcleo considerable de conocimiento básico nuevo sobre cómo diseñar la función de las células madre en cultivo. «El CEI fue tan visionario que me financió dos proyectos de prueba de concepto adicionales, ya durante el desarrollo del proyecto NICHOID, para estimular la transferencia de tecnología de todas mis invenciones», destaca Raimondi. El proyecto de prueba de concepto financiado por el CEI MOAB permitirá a los investigadores integrar su innovación Nichoid en un biorreactor miniaturizado existente ópticamente accesible. El objetivo es aprovechar el sustrato Nichoid en una plataforma para el descubrimiento de fármacos a fin de probar fármacos en equivalentes tisulares y organoides tridimensionales. La comercialización del mecanismo la llevará a cabo la empresa semilla derivada de la Universidad Politécnica de Milán MOAB Srl, creada gracias a la financiación del CEI. Ante la pandemia de COVID-19, Raimondi planea promover el sustrato Nichoid para la expansión de CMM para curar la COVID-19, a partir de una nueva estrategia terapéutica ya en ensayo clínico en China y en los Estados Unidos. Además, utilizará todas las herramientas de investigación avanzada desarrolladas durante el proyecto NICHOID para acelerar los ensayos preclínicos necesarios para hacer llegar nuevos tratamientos antivirales y vacunas a la práctica clínica.

Palabras clave

NICHOID, célula madre, diferenciación celular, matriz polimérica, nicho de células madre, medicina regenerativa, polimerización de dos fotones, descubrimiento de fármacos

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