Técnica basada en ultrasonido para controlar la orientación de mioblastos avanza la ingeniería de tejidos

Uno de los principales objetivos de la medicina regenerativa es desarrollar métodos fiables para sustituir el tejido dañado o muerto. Con el continuo progreso en la ingeniería de tejidos y la biomedicina, nos estamos acercando a un punto en el que el cultivo de láminas celulares en el laboratorio y su trasplante a órganos dañados podría convertirse pronto en una realidad. De hecho, las láminas de células de mioblastos ya se han utilizado para tratar con éxito la insuficiencia cardíaca grave, lo que demuestra el potencial de esta tecnología.

A pesar de estos avances, aún existen desafíos sin resolver que limitan el uso generalizado de láminas celulares en la medicina regenerativa. En particular, las células y la matriz extracelular que las rodea deben mantener orientaciones específicas para realizar adecuadamente sus funciones biológicas. Esto es especialmente crucial en las fibras musculares esqueléticas, que necesitan estar alineadas en una sola dirección. Desafortunadamente, cuando se cultivan utilizando métodos convencionales, los mioblastos (precursores de las células musculares esqueléticas) tienden a crecer en direcciones aleatorias. Esta orientación aleatoria dificulta la utilidad de las láminas de células de mioblastos para generar músculo esquelético funcional.

Imagen: Descripción general de la configuración experimental para la orientación de mioblastos dirigida por ultrasonicación (foto cortesía de la Universidad de Doshisha)

Para abordar este problema, un equipo de investigación de la Universidad Doshisha (Kioto, Japón) ha estado explorando métodos para controlar la orientación de los mioblastos cultivados. Su último estudio, publicado en Scientific Reports, presenta una técnica innovadora que utiliza la ultrasonicación para guiar el crecimiento celular en direcciones específicas. La técnica implica colocar un transductor piezoeléctrico en la parte inferior de una placa de vidrio circular, colocar una placa de cultivo celular de poliestireno estándar encima y usar aceite de silicona como material de acoplamiento para transmitir de manera eficiente las vibraciones ultrasónicas a la superficie de cultivo. Este sencillo sistema se coloca dentro de una cámara que regula la temperatura, la humedad y la concentración de CO2. Los investigadores utilizan un generador de funciones para enviar una señal eléctrica sinusoidal al transductor. En sus experimentos, aplicaron esta configuración a células C2C12, una cepa de mioblastos de ratón ampliamente utilizada capaz de diferenciarse en miotubos. El equipo examinó específicamente los efectos de la frecuencia, la amplitud, el tiempo y la duración de la ultrasonicación en la diferenciación y la orientación de los mioblastos cultivados.

A través de un análisis detallado utilizando la transformada rápida de Fourier en imágenes de contraste de fase, el equipo evaluó cuantitativamente la alineación de las células y su maduración en miotubos. Los resultados revelaron una correlación interesante entre la orientación celular y la amplitud vibracional, lo que sugiere que las células crecieron en una dirección que minimizó las variaciones en el desplazamiento a lo largo de sus ejes longitudinales. Esto dio como resultado que las células C2C12 se alinearan circunferencialmente alrededor del centro de la placa. Cabe destacar que estas orientaciones circunferenciales se observaron incluso a distancias superiores a 4 mm, donde el desplazamiento vibracional del transductor ultrasónico fue mínimo. Los investigadores plantearon la hipótesis de que esta alineación podría estar influenciada por la comunicación de célula a célula establecida entre los mioblastos antes de que se fusionaran en miotubos.

Para investigar más a fondo los efectos de la ultrasonicación, el equipo realizó una PCR en tiempo real y una inmunotinción, que reveló que las células ultrasonicadas exhibían niveles más altos de genes relacionados con la diferenciación y cambios morfológicos característicos. Estos hallazgos sugieren que la ultrasonicación promueve la diferenciación de los mioblastos en miotubos. Esta técnica puede ofrecer una alternativa viable o complementar los métodos actuales de diferenciación inducida químicamente.

En general, el enfoque basado en ultrasonidos proporciona una estrategia simple pero efectiva para controlar la orientación de las células musculares cultivadas. Sin embargo, se necesitan más pruebas para optimizar el protocolo. Con un refinamiento adicional, esta técnica podría conducir a soluciones innovadoras para los desafíos actuales en la medicina regenerativa utilizando láminas de células. A medida que la tecnología continúa evolucionando, podría permitir aplicaciones clínicas innovadoras en el campo de los tejidos musculares esqueléticos cultivados.

“La evaluación de diferentes condiciones de ultrasonido, incluidas diferentes frecuencias, intensidades de salida, tiempos y duraciones, será crucial para establecer un método optimizado para la formación de miotubos inducida por ultrasonido en el futuro”, dijo el profesor Daisuke Koyama, de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Doshisha, quien dirigió el equipo de investigación.