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Desarrollan ovarios impresos en 3-D con buenos resultados en ratones

Al eliminar un ovario de ratón femenino y reemplazarlo con una bioprótesis de ovario, la hembra de ratón fue capaz no sólo de ovular, sino también dar a luz a crías sanas e, incluso, poder amamantarlas. Los ovarios bioprotésicos están construidos con andamios impresos tridimensionales que alojan huevos inmaduros y han conseguido aumentar la producción de hormonas y restaurar la fertilidad en ratones, lo que era el objetivo final de la investigación.
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Fecha de publicació: 18/05/2017, 11:26 h | (47) veces leída
El valiente mundo de los órganos impresos en 3D ahora incluye estructuras ováricas implantadas que, fieles a su diseño, ovulan, según los resultados de un estudio de la Facultad de Medicina Feinberg y la Escuela McCormick de Ingeniería de la Universidad Northwestern, en Evanston, Illinois, Estados Unidos.
Al eliminar un ovario de ratón femenino y reemplazarlo con una bioprótesis de ovario, la hembra de ratón fue capaz no sólo de ovular, sino también dar a luz a crías sanas e, incluso, poder amamantarlas. Los ovarios bioprotésicos están construidos con andamios impresos tridimensionales que alojan huevos inmaduros y han conseguido aumentar la producción de hormonas y restaurar la fertilidad en ratones, lo que era el objetivo final de la investigación.
"Esta investigación muestra que estos ovarios bioprotésicos tienen una función duradera a largo plazo -explica la investigadora Teresa K. Woodruff, directora del Instituto de Investigación de la Salud de la Mujer en Feinberg--. El uso de bioingeniería, en lugar de trasplantar a partir de un cadáver, para crear estructuras de órganos que funcionan y restaurar la salud de ese tejido para esa persona, es el santo grial de la bioingeniería para la medicina regenerativa".
Lo que distingue a esta investigación de otros laboratorios es la arquitectura del andamio y el material, o "tinta", que utilizan los científicos, destaca en un artículo sobre el trabajo que se publica este martes en 'Nature Communications' la doctora Ramille Shah, profesora asistente de Ciencia de Materiales e Ingeniería en McCormick y de Cirugía en Feinberg.
Ese material es gelatina, un hidrogel biológico hecho de colágeno descompuesto que es seguro para su uso en seres humanos. Los científicos sabían que cualquier andamiaje que crearan necesitaba estar hecho de materiales orgánicos que fueran lo suficientemente rígidos para manejarse durante la cirugía y suficientemente porosos para interactuar naturalmente con los tejidos del cuerpo del ratón.
IMPRESIÓN EN GELATINA
"La mayoría de los hidrogeles son muy débiles, ya que están compuestos principalmente de agua, y a menudo se derrumban sobre sí mismos --explica Shah--. Pero encontramos una temperatura para la gelatina que le permite ser autosuficiente, no colapsar y conducir a la construcción de múltiples capas. Nadie más ha sido capaz de imprimir en gelatina con una geometría tan bien definida y autosuficiente".
Esa geometría se vincula directamente a si los folículos ováricos, células hormonales productoras de células de soporte que rodean a un óvulo inmaduro, sobrevivirán en el ovario, que fue uno de los mayores hallazgos en el estudio. "Este es el primer estudio que demuestra que la arquitectura del andamio marca la diferencia en la supervivencia del folículo --subraya Shah--. No seríamos capaces de hacer eso si no usáramos una plataforma de impresoras 3-D".
El único objetivo de los científicos para desarrollar los ovarios bioprotésicos es poder ayudar a restaurar la fertilidad y la producción de hormonas en mujeres que han sido sometidas a tratamientos de cáncer para adultos o que sobrevivieron a cáncer infantil y ahora tienen mayor riesgo de infertilidad y problemas hormonales de desarrollo.
"Lo que ocurre con algunas de nuestras pacientes con cáncer es que sus ovarios no funcionan a un nivel suficientemente alto y necesitan usar terapias de reemplazo hormonal para desencadenar la pubertad --apunta la coautora principal Monica Laronda, expostdoctoral en el laboratorio Woodruff y ahora profesora asistente en el 'Stanley Manne Children's Research Institute' en el 'Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital'--. El propósito de este andamio es recapitular cómo funcionaría un ovario. Estamos pensando en una gran imagen, que supone cada etapa de la vida de una niña, es decir, desde la pubertad a través de la edad adulta hasta una menopausia natural".
Además, la creación exitosa de implantes impresos en 3-D para reemplazar el tejido blando complejo podría afectar significativamente al funcionamiento futuro de la medicina regenerativa de tejidos blandos. La impresión tridimensional de una estructura de ovario es similar a la de los juguetes de construcción que usan los niños estadounidenses 'Lincoln Logs', según la coautora Alexandra Rutz, exprofesora de Ingeniería Biomédica en el laboratorio 'Shah's Tissue Engineering y Additive Manufacturing' (TEAM) del Simpson Querrey Institute . Los niños pueden colocar los troncos en ángulo recto para formar estructuras y, dependiendo de la distancia entre los troncos, la estructura cambia para construir una ventana o una puerta, etcétera.
"La impresión tridimensional se realiza depositando filamentos", detalla Rutz, que ahora es investigadora postdoctoral internacional Whitaker en la Escuela de Minas de Saint-Étienne en Gardanne, Francia. "Puedes controlar la distancia entre esos filamentos, así como el ángulo que avanza entre capas, y eso proporciona diferentes tamaños de poros y diferentes geometrías", agrega.
En el laboratorio de Northwestern, los investigadores llaman a estas estructuras impresas tridimensionales "andamios" y los comparan con los andamios que rodean temporalmente un edificio mientras está en reparación. "Cada órgano tiene un esqueleto --señala Woodruff, quien también es profesor de Obstetricia y Ginecología y miembro del 'Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Universidad Northwestern'--. Aprendimos a qué se parecía ese esqueleto de ovario y lo usamos como modelo para el implante de bioprótesis de ovarios".
En un edificio, el andamio soporta los materiales necesarios para reparar el edificio hasta que finalmente se elimina. Lo que queda es una estructura capaz de sostenerse a sí misma. Al mismo modo, el" andamio "tridimensional impreso o esqueleto" se implanta en una hembra y sus poros se pueden utilizar para optimizar cómo los folículos, o huevos inmaduros, se acuñan dentro del andamio. El andamio apoya la supervivencia de los óvulos inmaduros del ratón y las células que producen hormonas para aumentar la producción.
La estructura abierta también permite que los óvulos maduren y ovulen, así como la formación de vasos sanguíneos dentro del implante permitiendo que las hormonas circulen dentro del torrente sanguíneo del ratón y desencadenen la lactancia después de dar a luz.

El valiente mundo de los órganos impresos en 3D ahora incluye estructuras ováricas implantadas que, fieles a su diseño, ovulan, según los resultados de un estudio de la Facultad de Medicina Feinberg y la Escuela McCormick de Ingeniería de la Universidad Northwestern, en Evanston, Illinois, Estados Unidos.

Al eliminar un ovario de ratón femenino y reemplazarlo con una bioprótesis de ovario, la hembra de ratón fue capaz no sólo de ovular, sino también dar a luz a crías sanas e, incluso, poder amamantarlas. Los ovarios bioprotésicos están construidos con andamios impresos tridimensionales que alojan huevos inmaduros y han conseguido aumentar la producción de hormonas y restaurar la fertilidad en ratones, lo que era el objetivo final de la investigación.

"Esta investigación muestra que estos ovarios bioprotésicos tienen una función duradera a largo plazo -explica la investigadora Teresa K. Woodruff, directora del Instituto de Investigación de la Salud de la Mujer en Feinberg--. El uso de bioingeniería, en lugar de trasplantar a partir de un cadáver, para crear estructuras de órganos que funcionan y restaurar la salud de ese tejido para esa persona, es el santo grial de la bioingeniería para la medicina regenerativa".

Lo que distingue a esta investigación de otros laboratorios es la arquitectura del andamio y el material, o "tinta", que utilizan los científicos, destaca en un artículo sobre el trabajo que se publica este martes en 'Nature Communications' la doctora Ramille Shah, profesora asistente de Ciencia de Materiales e Ingeniería en McCormick y de Cirugía en Feinberg.

Ese material es gelatina, un hidrogel biológico hecho de colágeno descompuesto que es seguro para su uso en seres humanos. Los científicos sabían que cualquier andamiaje que crearan necesitaba estar hecho de materiales orgánicos que fueran lo suficientemente rígidos para manejarse durante la cirugía y suficientemente porosos para interactuar naturalmente con los tejidos del cuerpo del ratón.

IMPRESIÓN EN GELATINA

"La mayoría de los hidrogeles son muy débiles, ya que están compuestos principalmente de agua, y a menudo se derrumban sobre sí mismos --explica Shah--. Pero encontramos una temperatura para la gelatina que le permite ser autosuficiente, no colapsar y conducir a la construcción de múltiples capas. Nadie más ha sido capaz de imprimir en gelatina con una geometría tan bien definida y autosuficiente".

Esa geometría se vincula directamente a si los folículos ováricos, células hormonales productoras de células de soporte que rodean a un óvulo inmaduro, sobrevivirán en el ovario, que fue uno de los mayores hallazgos en el estudio. "Este es el primer estudio que demuestra que la arquitectura del andamio marca la diferencia en la supervivencia del folículo --subraya Shah--. No seríamos capaces de hacer eso si no usáramos una plataforma de impresoras 3-D".

El único objetivo de los científicos para desarrollar los ovarios bioprotésicos es poder ayudar a restaurar la fertilidad y la producción de hormonas en mujeres que han sido sometidas a tratamientos de cáncer para adultos o que sobrevivieron a cáncer infantil y ahora tienen mayor riesgo de infertilidad y problemas hormonales de desarrollo.

"Lo que ocurre con algunas de nuestras pacientes con cáncer es que sus ovarios no funcionan a un nivel suficientemente alto y necesitan usar terapias de reemplazo hormonal para desencadenar la pubertad --apunta la coautora principal Monica Laronda, expostdoctoral en el laboratorio Woodruff y ahora profesora asistente en el 'Stanley Manne Children's Research Institute' en el 'Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital'--. El propósito de este andamio es recapitular cómo funcionaría un ovario. Estamos pensando en una gran imagen, que supone cada etapa de la vida de una niña, es decir, desde la pubertad a través de la edad adulta hasta una menopausia natural".

Además, la creación exitosa de implantes impresos en 3-D para reemplazar el tejido blando complejo podría afectar significativamente al funcionamiento futuro de la medicina regenerativa de tejidos blandos. La impresión tridimensional de una estructura de ovario es similar a la de los juguetes de construcción que usan los niños estadounidenses 'Lincoln Logs', según la coautora Alexandra Rutz, exprofesora de Ingeniería Biomédica en el laboratorio 'Shah's Tissue Engineering y Additive Manufacturing' (TEAM) del Simpson Querrey Institute . Los niños pueden colocar los troncos en ángulo recto para formar estructuras y, dependiendo de la distancia entre los troncos, la estructura cambia para construir una ventana o una puerta, etcétera.

"La impresión tridimensional se realiza depositando filamentos", detalla Rutz, que ahora es investigadora postdoctoral internacional Whitaker en la Escuela de Minas de Saint-Étienne en Gardanne, Francia. "Puedes controlar la distancia entre esos filamentos, así como el ángulo que avanza entre capas, y eso proporciona diferentes tamaños de poros y diferentes geometrías", agrega.

En el laboratorio de Northwestern, los investigadores llaman a estas estructuras impresas tridimensionales "andamios" y los comparan con los andamios que rodean temporalmente un edificio mientras está en reparación. "Cada órgano tiene un esqueleto --señala Woodruff, quien también es profesor de Obstetricia y Ginecología y miembro del 'Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Universidad Northwestern'--. Aprendimos a qué se parecía ese esqueleto de ovario y lo usamos como modelo para el implante de bioprótesis de ovarios".

En un edificio, el andamio soporta los materiales necesarios para reparar el edificio hasta que finalmente se elimina. Lo que queda es una estructura capaz de sostenerse a sí misma. Al mismo modo, el" andamio "tridimensional impreso o esqueleto" se implanta en una hembra y sus poros se pueden utilizar para optimizar cómo los folículos, o huevos inmaduros, se acuñan dentro del andamio. El andamio apoya la supervivencia de los óvulos inmaduros del ratón y las células que producen hormonas para aumentar la producción.

La estructura abierta también permite que los óvulos maduren y ovulen, así como la formación de vasos sanguíneos dentro del implante permitiendo que las hormonas circulen dentro del torrente sanguíneo del ratón y desencadenen la lactancia después de dar a luz.





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