T.16- Tissue engineering and regenerative medicine (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Ciencias Biomédicas - 4º curso
Asignatura Estratègies Terapèutiques
Año del apunte 2016
Páginas 26
Fecha de subida 02/10/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Estratègies terapèutiques TEMA 16. TISSUE ENGINEERING AND REGENERATIVE MEDICINE La enginyeria de teixits i regeneració d’òrgans son disciplines que pretenen poder obtenir teixits o òrgans útils per ser trasplantats a pacients que tenen algun problema. És més fàcil en principi fabricar un teixit artificial que un òrgan que és més complex, el teixit és més homogeni.
Les aplicacions que ja hi ha de enginyeria de teixits a la clínica estan centrats nomes en teixits en òrgans encara no esta prou desenvolupat. No hi ha suficient nombre de teixits i òrgans de donants com per poder trasplantar en pacients i per això es fa la enginyeria. La qualitat i la trasplantabilitat dels òrgans de donants també es mes complicada. El ronyo és un òrgan relativament fàcil de trasplantar perquè qualsevol ronyo de donant va bé, en canvi altres òrgans son molt mes delicats com el pulmó que es un òrgans que es molt difícil que sigui útil per ser trasplantat perquè te molts problemes immunològics i de diferents tipus. Molts pulmons dels que es donen, pràcticament el 50% s’han de tirar encara que estiguin sans.
No es fins gairebé el segle XIX que hi comencen a haver aplicacions autolegs de trasplantament de pell que es el teixit mes fàcil de trasplantar, d’obtenir. A partir dels anys 70 i 80 comencen a aparèixer algunes aplicacions i el terme d’enginyeria de teixits (1987). Les primeres aplicacions properes a l’aplicació clínica es una bufeta artificial que es va implantar (2006) i a l’any 2008 es va fer el trasplantament d’una tràquea biofabricada.
Aquestes malalties són les més prevalents i són malalties on es veu bastant clar que hi ha possibilitat que d’aquí poc temps es puguin fer aplicacions d’enginyeria de teixits o regeneració d’òrgans.
128 Estratègies terapèutiques L’enginyeria de teixits i la regeneració d’òrgans es una cosa que està pensada perquè tingui una aplicació massiva. S’estan invertint molts diners per poder desenvolupar aquesta disciplina que està molt finançada per la indústria (que encara no està apostant molt fort), finançament públic i sobretot la major part del finançament prové de l’exèrcit dels Estats Units. Els exèrcits dels Estats Units tenen els seus propis laboratoris on generen coses secretes però la major part dels diners estan en concurs públic per la recerca.
Aquí tenim una taula amb la pell artificial que ja està aprovada per la FDA. La pell es el teixit on està més desenvolupat la enginyeria de teixits. Aquests productes es venen i compren i s’apliquen a pacients.
Principalment s’utilitzen per cremats.
La pell pot ser al·logènica (del propi pacient i tractada) o no, i en alguns casos només incorpora alguns elements al·logènics.
Abans de que un producte sigui comercial ha de passar per diferents fases. Aquí tenim els aparells de fetge bioartifical que estan en fase de test clínic. Ens diu el model d’aparell, després la companyia, la fase en la que es troba, la naturalesa del fetge artificial (tipus de fibra, bioreactor) i quines cèl·lules amb el qual el fetge 129 Estratègies terapèutiques està fet (porcines, humanes...). Són constructes on s’utilitza una matriu externa (design) en el qual es posen cèl·lules que poden ser humanes o animals i aquest sistema fa les funcions de l’òrgan o el teixit.
Si algú pretén fer un òrgan o teixit artificial, no és gaire fàcil. Un teixit és un conjunt de cèl·lules ben identificades i hi ha una matriu extracel·lular que proporciona la estructura 3D i diu en cada lloc quina cèl·lula hi ha. Això ho sabem però artificialment podríem agafar cèl·lules i podríem imaginar que tenim les cèl·lules que ens interessen, ho posaríem dins d’un bioreactor on les podem diferenciar i fer el fenotip que volem però no podem aconseguir de forma espontània que aconsegueixin la forma 3D per fer un fetge funcional.
Tindrem una massa amb diferents fenotips i cèl·lules funcionals però si no estan organitzades el fetge no podrà realitzar la seva funció.
El sistema que s’utilitza ara és el sistema de fabricació que s’assembla al sistema natural del fetge en el seu desenvolupament. Les cèl·lules a mesura que es van diferenciant es van col·locant al seu lloc. A l’hora de biofabricar teixits o òrgans el difícil no es tenir les cèl·lules que fan falta sinó tenir l’estructura espacial.
Com que fabricar una matriu extracel·lular d’un òrgans es molt complicat, per exemple un pulmó es una estructura que la tràquea es divideix bronquis i aquests amb 300 milions d’alvèols que estan rodejats per capil·lars pulmonars i per tant la seva estructura microscòpica es molt complexa i això de moment no es pot replicar actualment.
130 Estratègies terapèutiques Es pensa que es podrà fer quan millora la impressió de les impressores 3D.
La única manera que hi ha actualment de poder generar un teixit o un òrgan viable es utilitzar la pròpia matriu extracel·lular de l’home. L’scaffold d’un òrgan es l’endamiatge. Si descel·lularitzem un òrgan, li estem traient totes les cèl·lules i llavors el que queda es la matriu extracel·lular que constitueix l’òrgan, l’scaffold. La idea és imaginem-nos que tenim un fetge d’un donant que no es vàlid per transplantament. El que podem fe res descel·lularitzar el fetge, tenim la estructura 3D i el recel·lularitzem amb cèl·lules noves a poder ser a partir de cèl·lules del pacients (IPS).
A la b tenim un fetge que està descel·lularitzat i deixa de tenir el color rosat d’un òrgans normal i té un color entre blanc i translúcid ja que bàsicament esta format d’elastina i col·lagen. SI li traiem totes les cèl·lules del fetge, agafem cèl·lules noves i les injectem de forma que les cèl·lules es vagin dipositant en els llocs corresponents i formar així l’òrgan nou.
Les cèl·lules que es trasplanten poden ser cèl·lules embrionàries o cèl·lules adultes per exemple mesenquimals del moll d’os que tenen certa capacitat de diferenciació però no son pluripotents.
Ara el que es pot fer es desdiferenciar les cèl·lules i es converteixen com si fossin embrionàries i a partir d’aquesta cèl·lula que te el DNA del propi pacient, les diferenciem a qualsevol cosa . Amb cèl·lules de la pell les podem diferenciar en qualsevol cèl·lula de qualsevol òrgans. Si utilitzem les IPs diferenciades per construir l’òrgan, aquest òrgan tindrà totes les cèl·lules amb el mateix vagatge genètic. Les cèl·lules IPs que son molt versàtils també tenen la potencialitat teratogènica i això podria fer que en alguns casos donessin lloc a tumoracions. Això es el gran interrogant que hi ha sobre les cèl·lules IPs.
Si agafem una matriu de fetge descel·lularitzada i anem injectant cèl·lules cada 20-30 minuts i si després comparem el fetge normal viu amb el fetge descel·lulartizat veiem que ja s’han dipositat cèl·lules i la metaoblitaxzió d’albumina i urea en l’òrgan descel·lulartizat haurien de tenir un comportament similar a un Sandwich de cultiu estàtic que es el que s’utilitza en les proves II-III sobre fetges artificials.
131 Estratègies terapèutiques Per construir teixits i òrgans tenim: - Fem scaffold artificialment - Obtenir scaffold d’un òrgan de donant Per enginyeria de teixits es mes factible fabricar artificialment l’scaffold a partir de proteïnes i així es fabriquen matrius que puguin donar suport a les cèl·lules. Per teixits senzills els que mes s’utilitza es fabricar artificialment l’scaffold.
Per fabricar Scaffolds artificials ja hi ha motles tècniques fisicoquímiques i d’enginyeria com les que veiem en aquesta taula. N’hi ha motles i per tant això ens vol dir que no n’hi ha cap que siguin perfectes perquè sinó no hi haurien tantes variants. La fabricació d’scaffolds artificial es un tema obert i que no esta resolt del tot.
Quan parlem d ela fabricació artificial del scaffold els elements que el componen poden ser naturals i el que es fa es recomposar, el que tenen d’artificial potser a vegades només es el muntatge.
132 Estratègies terapèutiques Principis generals dels bioreactors per enginyeria de teixits Amb les cèl·lules i els scaffolds no n’hi ha prou, necessitem aconseguir que cada cèl·lula vagi al lloc corresponent. Hi ha una altra cosa que juga un paper fonamental que és el bioreactor. El bioreactor és un dispositiu físic, màquina o sistema que es on es munta aquest òrgans a partir de l’scaffold i les cèl·lules que poden ser mes o menys diferenciades.
El teixit de forma normal es forma a partir de cèl·lules mare que reben factors reguladors , les cèl·lules mare proliferen i es diferencien formant un llinatge específic i un cop diferenciades s’organitzen funcionalment formant un teixit. Això te lloc tant en el desenvolupament embrionari com també amb tots els processos de regeneració natural que tenim a dins del cos.
Nosaltres el que volem fer es això artificialment. Per una banda tenim les cèl·lules, l’scaffold i el bioreactor on ho posem tot per poder obtenir els teixits regenerats.
133 Estratègies terapèutiques Un bioreactor ha de ser un sistema on per una banda es posin els scaffolds, les cèl·lules dins del scaffolds, medis de cultiu a les cèl·lules perquè proliferin, una barreja de gasos com oxigen, CO2, sistema de regulació tèrmica per mantenir la temperatura constant, estructura d’aire per poder renovar l’ambient gasós que hi ha dins ja que es consumirà oxigen i es produirà CO2 constantment. Dins del bioreactor te lloc un procés de diferenciació, de migració cel·lular. Les cèl·lules també estan produint factors i expressant proteïnes i per tant tenen la seva activitat metabòlica natural. El medi de cultiu del bioreactor s’anirà introduint i anirem traient medi on hi ha les substancies de catabolisme o de desfet e les cèl·lules. Com que es tem parlant d’activitats que tenen com a finalitat el trasplantament dels productes als pacients.
Això ha de ser un producte que tingui un preu que pugui ser assumit pels usuaris i per tant els procediments que es facin servir (bioreactors) han de ser coses que siguin econòmicament viables.
El bioreactor té una enginyeria complexa, té sensors de temperatura, pH, oxigen.. que envien les senyals en un control computeritzat que decidirà si s’ha de posar més medi, mes oxigen, més glucosa... Un bioreactor que té com a finalitat que sigui un sistema automàtic ja que el procés dura setmanes. Cada òrgan o teixit té un tipus de bioreactor que és òptim per ell perquè cada teixit o òrgans requereixen condicions diferents.
Hi ha mots teixits i òrgans que necessiten per fabricar-se estar sotmesos a estímuls mecànics com pulmó, cor ,tendons.. que en el seu medi natural estan sotmesos contínuament a un estímul mecànic de força de deformacions i per tant cada una de les cèl·lules estan patint aquesta deformació.
També totes les cèl·lules del sistema nerviós estan rebent factors de creixement i també estímuls elèctrics. Per tant per regenerar segons quins teixits el reactor també haurà de tenir estímuls elèctrics.
Això fa que els bioreactors siguin obligats i específics.
Quina és la visió per un sistema de bioreactor per la producció d’empelts? La idea es que tenim un pacient a qui se li extreu una mostra de teixit (scaffold) > descel·lularització (p.e os) es posa dins d’un bioreactors on hi ha medis de cultiu, cèl·lules i scaffold. Els medis van patint un procés, hi ha proliferació, inclusió de les cèl·lules 134 Estratègies terapèutiques dins de l’scaffold fins a formar l’òrgan. Aquest procés és un procés que se li donen les condicions adaptades al pacient. Això introdueix un concepte nou, les aplicacions que ja hi ha de pell artificial normalment es una pell que es compra i es trasplanta , no es una pell personalitzada.
El que es persegueix es que els teixits i òrgans que es puguin fer per trasplantament, d’alguna manera estiguin caracteritzats pels pacients. Això ens mostra una complicació afegida i es que per una part podem pensar en tenir una biofabricació estàndard però també hi ha el pensament de fer-ho de manera personalitzada.
No em de perdre mai de vista que això ha de tenir aplicació pràctica i per tant ha de passar per un test de cost-benefici. Els requeriments de l’enginyeria de teixits té són: - Escalabilitat en la clínica que sigui rellevant, que sigui sostenible econòmicament i el sistema de fabricació ha de ser factible. El sistema ha de ser tal que després no tinguem un problema de transport p.e.
- Estricte control sobre els materials de sortida i els processos de producció. En la recerca alguns aspectes de seguretat no es tenen en compte per exemple contra la contaminació de virus o químiques. Però en coses que s’han d’utilitzar materials que han de ser trasplantats a pacients han de complir regulacions molt estrictes.
- S’ha de facilitar un procés d’integració. Amb les coses de laboratori no n’hi ha prou.
PRINCIPALS TIPUS D’ “SCAFFOLDS” PER ENGINEYRIA DE TEIXITS - Matriu extracel·lular - Cell sheet Technology - Bioprinting 135 Estratègies terapèutiques Matriu extracel·lular Agafem matriu extracel·lular (pell descel·lularitzada, paret de bufeta descel·lularitzada...) i es liofilitza -> s’agafa el material biològic i se li treu l’aigua a molt baix temperatura per dessecar-lo, es pot deixar a una estufa però al tenir una temperatura elevada i les molècules es desnaturalitzen. Traient l’aigua conservarem l’estructura. Posem la peça a una màquina a ultrabuit i així assecar-ho.
Després ho triturem i ho podrem digerir enzimàticament i després en fem gels.
Quan la paret està hidratada té una estructura diferent de quan està liofilitzada.
Multilaminate Es poden fer peces sobre les quals construir empelts.
136 Estratègies terapèutiques Aquest material no es el propi de l’òrgan que fem (empelt), tenen proteïnes diferents. La idea es que aquest material es faci servir per base, a sobre es posen cèl·lules i aquestes van fent la matriu extracel·lular i per tant la matriu extracel·lular original es va digerint i va sent substituïda per la que fan les cèl·lules.
Segons la concentració de proteïnes que es possin en fabricar el gel tindrem un aspecte diferent. Com més concentració, més tupida és l’estructura.
Segons l’aplicació que li volguem donar, ens anirà millor utilitzar una densitat o una altra.
La matriu D-ECM (dermis) té més proporció de col·lagen i menys de glicosaminoglicans. Si l’origen es diferent, la composició proteica serà diferent.
137 Estratègies terapèutiques Myogenic potential of ECM hydrogels in vitro In vivo myogenesi response to ECM hydrogels MHC és un índex de miogenesi. Per aquesta aplicació seria més útil la matriu de la bufeta urinària per exemple.
Biodegradable mesh made of polyglycolic acid Una uretra fabricada autòlogament a partir d’una matriu extracel·lular d’àcid poliglicolic, amb cèl·lules pròpies dels pacients.
S’agafa un cilindre, es va fer una biòpsia de cèl·lules de bufeta urinària del pacient i la matriu es va sembrar amb aquestes cèl·lules, es va cultivar i se li va implantar.
2.Cell sheet Technology Es fer un full però de cèl·lules. És una tècnica que va sortir fa 4-5 anys i està creixent d’una forma extraordinària.
Aquest és el procés quan volem tenir cèl·lules per transplantar-les a un altre lloc. Normalment les cèl·lules estan enganxades a una matriu extracel·lular. SI enlloc de partir d’unes cèl·lules en cultiu, partim e cèl·lules in vivo, ja estan sobre una matriu.
El procés normal per obtenir cèl·lules es fer un tractament enzimàtic que desenganxa les cèl·lules de la matriu extracel·lular. Això té un problema que es que hi ha cèl·lules que estan “nedant” no adherides i després si les volem fer adherir de la manera que volem es complicat.
138 Estratègies terapèutiques L’any 2009 es van trobar una matriu extracel·lular que es respon a la temperatura, les seves característiques depenen de la temperatura, és hidrofòbic o hidrofilic depenent de la temperatura a un pH fisiològic.
Agafen una placa de cultiu i la recobreixen de la matriu que de 37º a 20º passen de hidrofòbic a hidrofílic.
Posem una temperatura de 37º, cultivem les cèl·lules, una tenim una monocapa canviem la temperatura i llavors les molècules es fan hidrofíliques i es desenganxen del substrat perquè tenen mes apetència per l’aigua. No cal que tripsinitzem. Queda flotant una monocapa de cèl·lules (un full) agafades sobre la matriu.
Es pot agafar amb les pinces una monocapa de cèl·lules que es pot dipositar on vulguem. Això ens permet construir estructures 3D ja que podem posar capes sobre capes.
Tenim un material i una peça de gelatina per enganxar-lo. Amb la gelatina enganxem la monocapa de les cèl·Lules verdes (1) després tenim cèl·lues en la placa, baiem la gelatina i agafem les cèl·lules i les enganxem per un canvi de temperatura (2). Podem anar posant capes de cèl·lules i cada capa pot tenir una estructura difernet i una composició diferent.
Hi ha tres mètodes diferents: - Podem haver posat la matiru extracel·lular normal a tot arreu excepte a unes zones de manera que quan desenganxem tindrem una placa de cèl·lules amb forats on allà podrem tenir diferents tipus 139 Estratègies terapèutiques cel·lulars. Podem fer una monocapa on hi hagi diferents tipus cel·lulars en una distribució diferent segons si hem posat matriu termosensible o no.
S’ha fet servir la tècnica de cell sheet per reconstruir una mucosa de l’ull. De la cavitat bucal es van agafar cèl·lules i es van plantar sobre el substrat i es va fer una cell sheet autològa i això es va posar sobre una còrnia danyada i es va aconseguir recuperar la regió d’aquesta còrnia.
Quan tenim molts fulls de cèl·lules els podem enrotllar i donar la forma d’un vas.
140 Estratègies terapèutiques Aquí es va millorar la capacitat de la zona infartada.
Es va provar injectar directament cèl·lules mare i també ficar-ho en forma de cell sheet. Les cèl·lules estaven marcades i per tant es podia veure com les cèl·lules s’empeltaven.
Amb la cell sheet hi havia més bon empelt (homing) que les que s’havien injectat.
No només això sinó que la capacitat contràctil de la zona del miocardi infartat, en el cas de la cell sheet (roig), la capacitat contràctil va augmentar molt significativament. En canvi, la injecció de cèl·lules, era gairebé com no fer res.
141 Estratègies terapèutiques També es mirava el grau de recapil·larització de la zona infartada, quan es va reparar l’infart amb la cell sheet, el nombre de capil·lars era molt més gran i també la maduresa dels capil·lars era molt més gran.
Les cèl·lules del cell sheet es morien molt menys per apoptosi.
3. Bioprinting Impressores 3D que s’hi pot posar matriu extracel·lular i cèl·lules. En un tub (capçal) hi ha matriu i a l’altre cèl·lules o boles de cèl·lules.
Fem una làmina de matriu, un cercle de cèl·lules, una placa de matriu extracel·lular...
Podem construir aquest tub de manera que la matriu extracel·lular es va digerint i les parets estan fetes de boles de cèl·lules.
142 Estratègies terapèutiques També es poden construir bifurcacions de manera que podrem construir un vas.
Al cap d’uns dies de la fabricació veiem que l’estructura histològica que adquereixen els vasos es l’estructura del col·lagen, generen glicosaminoglicans i cèl·lules endotelials.
143 Estratègies terapèutiques El constructe també ha de ser mecànicament resistent perquè si es un vas, la sang està a una pressió superior a la externa. Es va mirar posant una pressió de líquid creixent fins que reventa. A les 3 setmanes suporta una pressió de l’ordre d’una atmosfera.
També es poden fer models de nervis, si combinem cèl·lules mesenquimals i de Schwann es poden reconstruir ja que puc anar intercalant la matriu amb cèl·lules mesenquimals i cèl·lules de Schwann.
Anem posant cèl·lules i matriu extracel·lular però si anem posant capes pot ser que per la gravetat les cèl·lules no estiguin distribuïdes homogèniament per la peça i no es podran moure lliurement.
Posem cèl·lules i matriu i es gelifica amb ultraviolat , i així successivament . Finalment podrem obtenir un implant amb una distribució uniforme de cèl·lules.
144 Estratègies terapèutiques Dins del tendó es fa un forat per simular una lesió. Fem una peça amb la mida del forat que s’ha d’arreglar i es posa a peces. Si s’utilitza un sistema amb que es va gelificant a mesura que es van posant les cèl·lules veiem que es forma una barrera entre l’os i el constructe de condròcits ben distribuït. Si no s’ha fet totes les cèl·lules han vingut cap a baix i no tenen una distribució uniforme.
B2: condicions adequades (gelificació) , la interfase està molt més ben soldades.
145 Estratègies terapèutiques Per veure la resistència es mira l’estrès que s’ha d’aplicar per desunir-ho.
Aquests dos models tenen reaccions diferents, el model a és molts biopapers i damunt les cèl·lules i el b és en forma de Sandwich. Al ratolins se’ls va fer una lesió al crani i se’ls va posar els implants. Es va mirar el grau de reparació i es va veure que depenen de quin muntatge es veiem servir els resultats eren diferents. Amb la luminescència podem veure la quantitat de cèl·lules que es mantenen vives, que era mes gran amb el model del Sandwich.
146 Estratègies terapèutiques “Scaffolds” naturals per enginyeria de teixits Quan volem fer un parxe per repara el múscul miocardic d’un infart o un vas, uretra.. això es relativament senzill perquè els teixits aquests son senzills si ho comparem amb un òrgan com el cor, pulmó, ronyó, fetge....
Els òrgans son molt complexes. Per exemple si ens fixem amb un pulmó , comença amb un tub (tràquea) que es va bifurcant (bronquis), bifurcant (bronquíols), fins que s’acaba dividint a 200-300 milions d’alvèols que tenen un diàmetre d’unes 300 micres i la paret de cada alvèol està recobert de capil·lars sanguinis d’una mida de submicres.
Ara mateix és impossible fabricar un pulmó amb una impressora 3D perquè tenen una resolució submilimetrica i per generar un òrgan necessitem una resolució submicromètrica.
Davant de la impossibilitat de fabricar un scaffold artificialment que doni lloc a un òrgan, el que es fa ara es agafar un òrgan que no serveixi, descel·lularitzar-lo i fer servir aquest scaffold com a base sobre la qual ficar cèl·lules per formar un òrgan.
Imaginem-nos que tenim un òrgan no trasplantable (p.e pulmó). Quan tenim un donant i dona tots els seus òrgans, es poden utilitzar gairebé sempre però hi ha òrgans molt delicats com el pulmó. Els ronyons son més fàcil de trasplantar.
El pulmó ha de tenir unes condicions perfectes per poder ser trasplantat.
El que fem es agafar els pulmons que no es poden trasplantar i es descel·lularitzen per treure totes les cèl·lules perquè així deixarem un òrgan on només tindrem la matriu que esta feta d’elastina, col·lagen... i les típiques proteïnes de la matriu que no son immunogeniques. Haurem eliminat les cèl·lules i DNA del donant que son els que haguessin pogut provocar una reacció immune en el receptor.
Agafem cèl·lules porcines, fetals, IPS, adultes.. poden ser del pacient donant o del receptor i les posem dins d’un bioreactor on proliferen, diferencien i donen lloc a un òrgan viable pel trasplantament.
Quins són els tipus cel·lulars més adients per la regeneració? Agafar cèl·lules adultes diferenciades no serveix perquè no tenen capacitat de regeneració/proliferació i per tant per fabricar un pulmó necessitaríem moltes cèl·lules de molts donants.
La solució és utilitzar cèl·lules mare que poden proliferar molt i a alta velocitat i es diferencien cap als diferents fenotips que ens poden interessar.
La primera idea d’stem cells va ser les embrionàries que proliferen molt i es poden diferenciar en qualsevol fenotip. Però tenen dos problemes: problema etico-legal i problema de que utilitzar cèl·lules embrionàries implica utilitzar cèl·lules amb un component genètic del donant i per tant quan es diferenciïn el receptor rebrà un òrgan amb tota la capacitat immunogenica i de rebuig perquè tindrà cèl·lules que no son seves.
En aquest moment les principals esperances estan a les cèl·lules IPS (induced pluripotent stem cells) on s’agafa una cèl·lula qualsevol del receptor, es sotmet a un procés de reversió evolutiva de manera que es tira endarrere els processos de diferenciació i es posa com si fos embrionària (totipotent) i les podem diferenciar en qualsevol dels fenotips.
147 Estratègies terapèutiques Es sospita i es tenen indicis de que les cèl·lules IPS i les embrionàries, quan es diferencien poden donar lloc a tumor (capacitat teratogènica), però això encara està en investigació i en debat.
Les cèl·lules mare mesenquimals (moll d’os) es poden agafar i diferenciar però no son totipotents, nomes es poden diferenciar en alguns fenotips i això limita una mica la seva utilització. Aquestes son molt fàcils d’obtenir tant en el pacient com en els donants.
L’ús de les cèl·lules embrionàries gairebé s’han eliminat de les idees perquè no es té clar que pugui funcionar en les aplicacions.
Tissue matrices La composició de la matriu és en essència igual en tots els òrgans.
Un bioreactor és la màquina on es posa l’scaffold amb les cèl·lules sembrades i s’ha de mantenir en condicions específiques perquè les cèl·lules proliferen i es diferenciïn de manera adequada.
L’entorn fisico químic a de ser el més semblant possible a l’entorn fisiològiques. En el bioarector s’han d’aplicar les cèl·lules de manera adequada i en ell temps adequat. Ha de tenir un sistema de monitorització per vigilar les pressions, fluxes, concentracions de substàncies, pH, temperatura, pressió d’oxigen i CO2...
148 Estratègies terapèutiques Descel·lularització El procés de descel·lularització ha de complir dues condicions: hem de poder eliminar tot el contingut de les cèl·lules del donant per eliminar una possible resposta immunogènica, per tant el procés serà una mica agressiu perquè s’han d’eliminar les cèl·lules però no ens hem de passar amb l’agressivitat perquè volem que la matriu extracel·lular quedi el més intacta possible.
És impossible eliminar el 100%del material cel·lular i deixar intacta el 100% de la matriu.. Per això hi ha sempre un balanç.
Hi ha tres tipus de procediments de descel·lularització - Físics: congelació i descongelació, sonicació, agitació mecànica, xoc osmòtic. L’objectiu es trencar les membranes cel·lulars. Congelant i descongelant fan que els cristalls trenquin la membrana. Així el contingut cel·lular queda lliure.
- Enzimàtics: tripsina (s’utilitza per desenganxar cèl·lules), endonucleases, exonucleasa. Serveix per arrencar cèl·lules - Químics: utilitzar detergents. Dissoldre el contingut orgànic Primer s’utilitza un procés físic o enzimàtic i després un químic.
En la congelació, els cristalls de gel trenquen la membrana, això es bo per descel·lulartizar. Els efectes adversos voldríem que fossin 0 sobre la matriu extracel·lular però això de moment no es possible.
149 Estratègies terapèutiques Exemples: - Per descel·lularitzar el cor podem utilitzar congelació, PBS, tripsina… - Pel pulmó hi ha diferents processos (75 hores, 2 setmanes) - Fetge: duració variable, congelació o no A l’hora d’avaluar un procés de descel·lularització és important mirar que descel·lularitzi bé, que no tingui danys en la MEC i el temps ( com més temps més diners) i també el cost en si.
Per sembrar cèl·lules (recel·lularització) es pot fer de manera local (tenim les cèl·lules i la MEC i a diferents llocs de la MEC injectem les cèl·lules) o de manera global (agafem el vas d’entrada d’irrigació de l’òrgan en concret i hi fem una perfusió amb una solució que contingui totes les cèl·lules que volem introduir al teixit, com que el vas es va bifurcant per tot l’òrgan tindrem cèl·lules per tot el teixit).
Cada una d’aquestes tècniques té els seus pros i els seus contres.
Les cèl·lules quan passen per l’agulla, pateixen un estrès mecànic. Cap dels dos mètodes és universal, segons l’aplicació es fa servir un o un altre.
Aquí parla el endpoints.
La funció mínima es la primera cosa que s’ha d’avaluar quan estem intentant biofabricar un òrgan. Després si compleix la funció mínima ha de complir altres funcions (Advanced endpoints).
Heart (whole òrgan) Al començament es van provar diversos mètodes de descel·lularització, per saber que una descel·lularització està bé és quan es veu el teixit transparent.
L’estructura de la MEC es va veure que després de la descel·lularització estava pràcticament intacta. Es van injectar les cèl·lules per la vena. Després van posar el cor dins d’un bioarector amb perfusió pulsàtil i en contraccions (s’aplicaven estímuls elèctrics).
Al cap d’un temps les cèl·lules del cor es reorganitzaven i responien als estímuls elèctrics del batec. Ha de tenir la oxigenació adequada.
150 Estratègies terapèutiques El cor és un dels òrgans més complexes que tenim.
Vàlvula cardíaca Aquí el procés està molt més avançat que en la recel·lularització del cor.
Ronyó Amb el ronyó fins i tot ja s’han fet avenços a dissenyar sistemes de high-throughtput que permetin automatitzar la descel·lularització i la cel·lularització de molts òrgans alhora.
151 Estratègies terapèutiques Es van provar tres processos de descel·lularització i per mirar quin és millor s’ha de quantificar la quantitat del DNA del donant que hi queda a part de la tinció. Es compara la quantitat de DNA que hi queda amb la que hi havia al teixit normal. Encara no s’ha aconseguit deixar a 0 la quantitat de DNA del donant present després de la descel·lularització.
Tot el sistema vascular del ronyó es conserva després de la descel·lularització.
Fetge Proves de valoració: mesura de la pressió parcial d’oxigen a l’entrada de l’òrgan i a la sortida. La pressió parcial d’oxigen a l’entrada és més gran que a la sortida i per tant això vol dir que l’òrgan està consumint oxigen i per tant que hi ha cèl·lules vives al seu interior.
També podem fer el mateix amb el consum de glucosa (més baix a la sortida), producció de lactat i producció d’urea.
Hi posem cèl·lules IPSC: completa diferenciació, alta proliferació. L’inconvenient es que poden ser teratogèniques i poden donar problemes de malignitat.
Vessel La recel·lularització de vasos funciona bastant bé perquè és més fàcil.
Airway Agafar una tràquea descelularitzada, ficar cèl·lules del pacient i posar-ho en un bioreactor. Al cap d’un temps obtenim la via aèria recel·lularitzada.
152 Estratègies terapèutiques Os També es pot treballar amb els ossos, que tenen l’avantatge que es poden fer fragments fets a mida. Es fan imatges no invasives i es fa un motlle amb 3D de la peça que volem posar-li. Podem fer un scaffold d’os esculpit i descel·lularitzat, es sembra amb cèl·lules es posa dins d’un bioreactor que pot ser estàtic o dinàmic i es compara resultats. La densitat d’ossificació es molt millor en un reactor dinàmic.
S’ha plantejat trasplantar altres òrgans com vagines, úters, esòfags....
153 ...

Comprar Previsualizar