El prototipo de injerto vascular de tejido de punto muestra promesa en descubrimientos pre-clínicos.
Laura Oleniacz
En un estudio de concepto de ensayos, realizado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State), basada en Raleigh, N.C., los investigadores reportaron que son muy prometedores los resultados clínicos preliminares relacionados con un prototipo de un injerto vascular diseñado para reemplazar una arteria coronaria dañada u obstruída, la cual suministra sangre al corazón.
Los resultados, que fueron obtenidos en colaboración con investigadores de la universidad Case Western Reserve University, forman parte de un esfuerzo para desarrollar un injerto artificial que pueda reemplazar una arteria dañada u obstruída cuando las propias venas del paciente no son apropiadas como elementos de reemplazos después de un ataque al corazón.
Recientemente, el injerto es diseñado como una plataforma para ayudar a regenerar las propias venas del paciente. Y aunque este trabajo está en sus etapas preliminares, los investigadores creen que su diseño ayudará a mover hacia adelante este campo de la medicina.
En la revista Materials Science and Engineering: Part C, los investigadores reportaron que construyeron su prototipo de injerto vascular utilizando un tejido de punto y combinándolo con un material de colágeno por medio de hilo manufacturado. Los investigadores descubrieron que su diseño mostraba mayor resistencia en comparación con un modelo que usaba solamente material de colágeno, así como más flexibilidad en comparación con la arteria humana coronaria.
Además, en estudios realizados con células endotelias humanas, los investigadores vieron un mayor crecimiento y adhesión de las células en el injerto, lo que indica que esto podría ayudar en la regeneración de la capa o pared de revestido de la arteria coronaria.
“Vemos esto como una nueva dirección para la investigación relacionada con injertos de reemplazo de arteria coronaria”, declaró Martin King, autor y profesor de biotextiles y tecnología textil en el Wilson College of Textiles en NC State. “El uso de hilos de colágeno es algo muy nuevo. Nosotros dependemos no solo de un material, sino que mezclamos juntos los materiales y mostramos que dos hilos pueden proveer la resistencia mecánica y la respuesta biológica que estamos buscando”.
En la actualidad, los investigadores dicen que el “estándar de oro” es el uso de la propia vena de sangre del paciente, tal como una vena de una pierna o una arteria mamaria, pero algunos pacientes no tienen venas de sangre apropiadas que se puedan cultivar y usar.
“Hay una necesidad para encontrar una solución alternativa para esta clase de paciente” dijo Fan Zhang, el primer autor del estudio y estudiante graduado en el Wilson College of Textiles en NC State. “Esta es la razón por la que estamos tratando de usar injertos vasculares de tejido ingenierizado”.
De acuerdo a los investigadores, hay múltiples desafíos para el diseño de un injerto vascular sintético que pueda reemplazar una arteria coronaria. Algunos modelos han fallado debido a problemas con la coagulación de la sangre y el estrechamiento de las arterias. Mientras que otros modelos no tienen la capacidad de estirarse y relajarse con el corazón latiendo.
La arteria coronaria es solo de alrededor de tres a cuatro milímetros de diámetro, de modo que es una arteria muy fina”, dijo King. “El problema es: ¿Tenemos materiales que puedan servir como conductos sin provocar esta coagulación en la pared arterial? Este es uno de los desafíos. El otro es que el corazón se está expandiendo y contrayendo continuamente, de modo que necesitamos una estructura que se pueda estirar con cada latido del corazón”.
Para desarrollar este diseño, los investigadores del NC State colaboraron con investigadores de Case Western Reserve que habían diseñado un hilo biológico hecho de colágeno. Ellos combinaron ese hilo de colágeno con una fibra manufacturada hecha de ácido poliláctico (PLA), que es biocompatible. Cuando la fibra se degrada, la misma forma ácido láctico, el cual es tolerado fácilmente debido a que los músculos en nuestros cuerpos generan continuamente ácido láctico.
Nosotros no estamos diseñando un prototipo que sea un ‘producto final’, sino que estamos colocando los ingredientes que permitirán al paciente sanar y usar esta construcción para sanar y funcionar como una arteria coronaria”, añadió King. “Las fibras se podrían degradar eventualmente y ser absorbidas por el cuerpo”.
Los investigadores descubrieron que al elaborar fibras de colágeno por el método de tejido de punto, junto con el hilo PLA manufacturado, las células humanas endoteliales se adhieren a la plataforma 10 veces más fuerte que si se usa solamente hilo manufacturado. El experimento mostró también un crecimiento tres mayor de las células después de la adhesión. Además, también descubrieron que tenían una excelente resistencia a la rotura y resiliencia, propiedades que permitirán que el injerto se pueda expandir y contraer con cada latido del corazón — de manera similar a una arteria coronaria sana.
“Tuvimos la capacidad de imitar la resiliencia de la arteria coronaria”, dijo Zhang. “Este es el descubrimiento más importante. Además, con la adición del componente de hilo de colágeno, pudimos promover el crecimiento más rápido de las células endoteliales dentro de esta estructura. Esto es muy importante para la recuperación del endotelio”.
Este trabajo todavía está en la etapa de pre-clínica y todavía no se ha ensayado en un animal vivo. Los investigadores todavía tienen que trabajar para mejorar su prototipo y superar desafíos de diseño adicionales, incluyendo cómo reducir la naturaleza porosa del injerto híbrido. Sin embargo, el equipo cree que sus descubrimientos muestran cómo es posible combinar materiales biológicos y manufacturados en el diseño de un injerto de arteria coronaria artificial. Y están trabajando para encontrar soluciones para prevenir el derrame de sangre.
“Con esta combinación de materiales, hemos sido capaces de balancear el rendimiento mecánico con la respuesta biológica”, dijo King. “También fuimos capaces de manufacturar el injerto de prototipo usando máquinas de producción textil a alta velocidad, lo cual facilitará el futuro crecimiento de la manufactura y el traslado a un injerto comercial y luego a las clínicas”.
Este estudio, titulado “Un injerto vascular híbrido que controla las propiedades mecánicas de las fibras sintéticas y el rendimiento biológico de los filamentos de colágeno”, fue publicado online en Materials Science and Engineering, Part C. El estudio fue co-autorizado por Tushar Bambharoliya, Yu Xie, Laijun Liu, Hakan Celik, Lu Wang y Ozan Akkus. La financiación para apoyar este trabajo fue provista por una donación 1,1,1, Proyecto B07024 del Ministerio de Educación de China a la universidad Donghua University, así como con un Préstamo de Apoyo de Investigación Estudiantil de la AATCC.
Nota del Editor: Laura Oleniacz es Especialista en Comunicaciones Públicas de la NC State News Services.
Enero-Febrero de 2021
