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Ingenieros biomédicos desarrollan parches cardiacos para ayudar a las personas a recuperarse de ataques cardiacos

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Un equipo dirigido por Feng Zhao, profesor asociado de ingeniería biomédica de la Universidad Tecnológica de Michigan, publicó recientemente dos nuevos artículos sobre las mejores prácticas en ingeniería de tejidos prevascularizados.

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El trabajo de investigación del equipo, publicado en Theranostics, se centra en el desarrollo de un parche cardíaco de células madre hecho con tejido diseñado con pequeños vasos sanguíneos para que sea como un verdadero músculo cardíaco. Su artículo de revisión publicado en Acta Biomaterialia, examina los pros y contras de seis estrategias innovadoras para alinear los microvasos en los tejidos de ingeniería.

El sistema vascular aporta nutrientes y oxígeno a los tejidos; ingredientes importantes para una curación exitosa después de un trasplante de órgano, una cirugía cardíaca o un injerto de piel. Las estructuras microvasculares, que son microvasos capilares, son especialmente importantes y, para ser eficaces, deben estar muy alineadas, ser densas y maduras. La ingeniería de biomateriales con un sistema vascular tan robusto es difícil y depende de la estructura - el andamiaje - para cultivar las células.

"La importancia de la organización de los microbuques en los andamios 3D ha sido ignorada en gran medida", explicó Zhao. "Los microvasos no son lo mismo que las células; la gente ha hecho mucho trabajo mirando la alineación de las células, pero este trabajo sobre los microvasos es todavía nuevo. Entender los mecanismos detrás de la alineación de microvasos en biomateriales nos ayudará a nosotros y a otros ingenieros biomédicos a crear implantes y dispositivos mejores y más refinados"

Para llegar allí, Zhao y su equipo revisaron las ventajas y desventajas de seis métodos diferentes utilizados para alinear los vasos: estimulación electromecánica, topografía de superficie, micro andamiaje y microfluidos, patrones de superficie e impresión en 3D.

Las ventajas varían bastante y se centran en la facilidad o controlabilidad de un método. La estimulación electromecánica es simplemente estiramiento; el micro andamiaje y los microfluidos facilitan las pruebas médicas; la impresión en 3D es personalizable. Sin embargo, las desventajas se centran en un gran desafío: los microvasos de ingeniería tienden a ser demasiado grandes - son mucho más grandes que los capilares reales en los tejidos del corazón - y a menudo no son lo suficientemente densos y maduros para suministrar adecuadamente los nutrientes y la sangre.

La alineación de microvasos es un poco como la plomería y los tamaños no coinciden bien para encender el agua. Para resolver algunos problemas prácticos, el equipo de Zhao se centró en la biomimetización de la alineación, la densidad y la dimensión de los microvasos del músculo cardíaco.

Hasta la fecha, el proceso de ingeniería para crear el biomaterial ideal para un parche cardíaco prevascularizado no ha llegado a los ensayos clínicos. Zhao y su equipo esperan cambiar eso.

"El infarto de miocardio es un gran problema y actualmente no hay un buen tratamiento para él", dijo. Un parche cardíaco podría ayudar después de un ataque cardíaco. "El parche cardíaco es completamente biológico, compuesto de células madre con vasculatura que imita el tejido real, que podría ayudar a reparar un corazón."

El documento de Theranostics profundiza en el papel de los microvasos en ese proceso y cómo un tejido diseñado puede seguir el ejemplo de los naturales. El autor principal Zichen Qian, graduado de doctorado de Michigan Tech y ahora investigador científico en Merck, ha trabajado extensamente con Zhao en tejidos prevascularizados. La Universidad reconoció los esfuerzos de Zhao y Qian el año pasado con el premio Bhakta Rath. Después de que Qian se graduó, los candidatos al doctorado Dhavan Sharma y Wenkai Jia continuaron esta investigación. El equipo dice que el músculo cardíaco es uno de los tejidos más difíciles de trabajar.

"En el músculo cardiaco, las células están altamente alineadas para la transacción de señales electromecánicas y los microvasos también están altamente alineados y densos", dijo Zhao, explicando que los microvasos en el parche pueden conectarse a la vasculatura nativa, aportando nutrientes y oxígeno. Sin esto, el parche cardíaco de ingeniería podría morir. "Pero todos los tejidos tienen esta microestructura. Está en todas partes. Esta tecnología podría ser usada para músculos esqueléticos, quemaduras, cicatrización de heridas crónicas y regeneración de nervios"

Zhao y su equipo han demostrado el potencial de la biomímesis para desarrollar microvasos en tejidos adecuados para un parche cardíaco. Los próximos pasos serán los ensayos con animales y el perfeccionamiento de la tecnología médica para implantes y dispositivos. Con la ayuda de diminutos, densos y bien alineados vasos sanguíneos, los tejidos de ingeniería pueden ayudar a los corazones, la piel, los huesos y los músculos a regenerarse naturalmente.