La ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa son campos de investigación que abarcan varias disciplinas como la medicina, la ingeniería mecánica, la genética, las ciencias de la vida, la biotecnología y la ciencia de los materiales. Sus objetivos son reparar, regenerar, mantener, mejorar o modelar la función normal de células, tejidos y órganos humanos. La ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa son dos áreas interconectadas que frecuentemente se usan como sinónimos, sin embargo, se puede hacer una distinción entre las dos [1, 2].
Medicina regenerativa
Abarca un campo más amplio que engloba cierta parte de la ingeniería de tejidos. Se enfoca más en la utilización de células y la regeneración celular (aunque no exclusivamente) para desarrollar terapias [3].
Ingeniería de tejidos
También conocida como ingeniería tisular, su objetivo es crecer tejidos humanos in vitro (en un ambiente artificial, por lo general, en un medio de cultivo en el laboratorio), y no necesariamente involucra la regeneración celular [3-5].
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¿Cómo se construyen los tejidos in vitro?
Los elementos esenciales para la construcción de tejidos son: células, biomateriales y señales químicas o biomecánicas. También se utilizan distintas técnicas de fabricación que juegan un papel importante y pueden proveer soluciones innovadoras para el desarrollo de tejidos in vitro [6].
En el cuerpo humano, la matriz extracelular rodea a las células en los tejidos. La matriz extracelular se compone de proteínas que sirven de estructura y que regulan la función de las células que engloban. Para construir un tejido in vitro, generalmente se utilizan biomateriales para formar andamios que imitan a la matriz extracelular. Estos andamios les confieren tridimensionalidad a las células in vitro, componente fundamental para reproducir el ambiente en el que las células crecen en el cuerpo. Los andamios pueden contener células al momento de su construcción o éstas se pueden introducir después [7].
Las señales químicas que se utilizan generalmente son moléculas llamadas factores de crecimiento que estimulan el crecimiento o proliferación de las células. Las señales biomecánicas provienen de los biomateriales que forman el andamio o de cualquier otra característica topográfica del microambiente donde crecen las células. La interacción entre estos 3 elementos esenciales, células, biomateriales y señales químicas o biomecánicas, va a determinar la formación de un tejido. Entender la interacción entre estos tres componentes es fundamental para poder reparar y crear tejidos [8].
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Las células in vitro crecen en cajas Petri o en frascos o placas de cultivo celular que contienen los nutrientes que necesitan para crecer. Sin embargo, estas cajas o frascos de vidrio o plástico no asemejan las condiciones del cuerpo humano, por eso es importante desarrollar sistemas de cultivo tridimensionales con biomateriales que puedan imitar la matriz extracelular.
¿Cómo se aplica a las neurociencias?
La ingeniería de tejidos neural y la medicina regenerativa con enfoque en neurociencias integran el estudio de neurociencias, el estudio de las células troncales (comúnmente conocidas como células madre) neuronales y tecnologías de ingeniería, con el objetivo de mantener, reparar o mejorar la función normal del tejido nervioso.
Estudios en estas áreas incluyen la producción de modelos tridimensionales que puedan imitar el sistema nervioso central, la producción de tejido nervioso periférico in vitro, el desarrollo de sistemas in vitro para modelar enfermedades, el desarrollo de ensayos para encontrar potenciales agentes terapéuticos y el desarrollo de terapias celulares para conseguir la neuroregeneración (la generación de células o tejido nervioso). Estos estudios buscan tratar enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica, lesiones cerebrales o de la medula espinal y los accidentes cerebrovasculares, entre otros [9-11].
- Fotografía de ThisisEngineering RAEng de Unsplash
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Referencias:
- Khademhosseini, A. and R. Langer, A decade of progress in tissue engineering. Nature protocols, 2016. 11(10): p. 1775.
- Sethuraman, S., U.M. Krishnan, and A. Subramanian, Biomaterials and Nanotechnology for Tissue Engineering. 2016: CRC Press.
- Katari, R., A. Peloso, and G. Orlando, Tissue engineering and regenerative medicine: semantic considerations for an evolving paradigm. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 2015. 2: p. 57.
- Hopkins, A.M., et al., 3D in vitro modeling of the central nervous system. Progress in Neurobiology, 2015. 125: p. 1-25.
- Mason, C. and P. Dunnill, A brief definition of regenerative medicine. 2008.
- Sensharma, P., et al., Biomaterials and cells for neural tissue engineering: Current choices. Materials Science and Engineering: C, 2017. 77: p. 1302-1315.
- Hussey, G.S., J.L. Dziki, and S.F. Badylak, Extracellular matrix-based materials for regenerative medicine. 2018. p. 159-173.
- Dzobo, K., et al., Advances in regenerative medicine and tissue engineering: Innovation and transformation of medicine. Stem cells international, 2018. 2018.
- Zhuang, P., et al., 3D neural tissue models: From spheroids to bioprinting. Biomaterials, 2018. 154: p. 113-133.
- Thomas, M. and S.M. Willerth, 3-D Bioprinting of Neural Tissue for Applications in Cell Therapy and Drug Screening. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 2017. 5: p. 69.
- Kelava, I. and M.A. Lancaster, Stem cell models of human brain development. Cell stem cell, 2016. 18(6): p. 736-748.