1.13: Resumen de la ingeniería de tejidos

La ingeniería de tejidos es un campo de la medicina regenerativa que utiliza células, biomateriales y moléculas biológicamente activas para crear, reparar o reemplazar tejidos. El tejido natural consta de un componente estructural, la matriz extracelular, o MEC, y las células específicas del tejido que la habitan. El tejido de ingeniería tiene como objetivo parecerse al tejido natural lo más cerca posible, utilizando componentes estructurales naturales o de ingeniería y células específicas de tejido. Este video presentará el campo de la ingeniería de tejidos, demostrará algunas técnicas y desafíos comunes en el campo, e introducirá algunas aplicaciones de esta tecnología.

Primero, echemos un vistazo a los componentes típicos del tejido de ingeniería. El tejido se forma creando primero un andamio utilizando un biomaterial. El andamio de tejido está diseñado para proporcionar estructura e imitar la MEC natural. El andamio de tejido puede tomar muchas morfologías diferentes, como una estera de fibra o un hidrogel, según el tipo de tejido deseado. En cualquier caso, el biomaterial utilizado debe promover la adhesión celular y la interacción celular deseable. Alternativamente, también se puede utilizar un andamio descelularizado de un órgano donado para proporcionar estructura al nuevo tejido. El siguiente componente son las células. Todos los tejidos utilizan células vivas, que definen el tipo de tejido. Por ejemplo, los fibroblastos se utilizan para fabricar piel y los condrocitos se utilizan para fabricar cartílago. Las células utilizadas en el tejido de ingeniería pueden provenir de varias fuentes. Las células primarias se extraen del tejido nativo, lo que requiere que el tejido nativo se pique y se digiera con una enzima para liberar las células. Alternativamente, se pueden utilizar celdas secundarias, que están disponibles en un banco de celdas. Sin embargo, estas células no son específicas del paciente y pueden causar rechazo. Por último, también se pueden utilizar las células madre, que son células indiferenciadas que son capaces de dar lugar a diferentes formas de células especializadas, o replicarse a sí mismas. Para crear el tejido, las células seleccionadas se siembran en el andamio de tejido, junto con los factores de crecimiento necesarios para estimular la formación de tejido. A continuación, se permite que los andamios sembrados crezcan en un cultivo estático. Alternativamente, se pueden utilizar reactores de cultivo de tejidos especializados para sembrar y cultivar el tejido modificado.

Ahora que se han introducido los componentes del tejido de ingeniería, echemos un vistazo a algunos métodos comunes utilizados en el campo. La fabricación del andamio de tejido puede ser el factor más crítico para determinar las propiedades mecánicas del tejido. Una morfología de andamio popular es el andamio electrohilado, que es una estera de fibras a microescala. El electrohilado se realiza aplicando un voltaje entre una placa de recolección y la punta de una jeringa que contiene el biomaterial. Esto crea microfibras, que se dejan acumular hasta que la estera alcanza los requisitos necesarios para el andamio. Debe tener microporos interconectados para permitir que las células y los nutrientes migren; superficie adecuada para promover la adhesión celular; y propiedades mecánicas que coinciden con el tejido nativo. A continuación, una técnica clave utilizada para cultivar tejidos es un reactor de cultivo de tejidos. Los andamios de tejido a menudo se siembran con células a través de técnicas de gotitas o inmersión, y se les permite crecer en cultivo estancado. Sin embargo, los tejidos naturales, como los vasos sanguíneos, crecen bajo estimulación mecánica. Los reactores de cultivo de tejidos tienen como objetivo imitar las condiciones fisiológicas, como el flujo pulsátil en las arterias, con el fin de influir en el comportamiento y el crecimiento de las células endoteliales y musculares en la arteria.

Sin embargo, son muchos los retos a los que se enfrenta este ámbito. La principal limitación del tejido de ingeniería in vitro es la falta de sistemas de vasos sanguíneos. Los tejidos naturales poseen vascularización, que proporciona nutrientes y elimina los desechos. Sin embargo, el tejido modificado depende en gran medida de la difusión, lo que limita el suministro de nutrientes y el tamaño del tejido. Una estrategia para la vascularización se centra en el uso de andamios sintéticos con vasculatura incorporada, que podrían ayudar a suministrar nutrientes al tejido. Aunque los beneficios del tejido diseñado son de gran alcance, es difícil producir tejido a una escala lo suficientemente grande para su uso clínico. Para la implantación, las células primero deben extraerse del paciente y luego expandirse y cultivarse en un andamio. Esto requeriría sistemas de cultivo celular separados para cada paciente. Además de la cantidad significativa de tiempo requerido para estos pasos, los desafíos regulatorios y los altos costos hacen que esto sea difícil de implementar ampliamente en este momento.

Ahora que ha visto algunos de los métodos y desafíos actuales de la ingeniería de tejidos, echemos un vistazo a algunas aplicaciones de la tecnología. La ingeniería de tejidos se puede utilizar en la cicatrización crónica de heridas o quemaduras. Un método es usar un andamio de tejido que contenga factores de crecimiento pero no células. La matriz descelularizada promueve la migración de las células y estimula el crecimiento de los tejidos. Alternativamente, para heridas profundas, se puede utilizar una matriz que contiene células, que se integra en el tejido del huésped. Con el tiempo, los investigadores pretenden ser capaces de reemplazar completamente los órganos dañados. En la actualidad, esto se aborda mediante el cultivo de órganos. Primero, el órgano donante, como un pulmón en este caso, se descelulariza y se mantiene su estructura nativa, luego el pulmón se recelulariza con células del paciente. Esto limitaría el rechazo y la necesidad de un donante compatible.

Acabas de ver el Resumen de la Ingeniería de Tejidos de Jove. Ahora debería estar familiarizado con algunos conceptos y métodos básicos en el campo, así como con algunos desafíos y aplicaciones clave. Gracias por mirar.