Los investigadores logran un progreso significativo en la ingeniería de tejidos del sistema digestivo

WINSTON-SALEM, NC  — Los investigadores del  Wake Forest Institute for Regenerative Medicine  han alcanzado hitos importantes en su búsqueda para diseñar tejido de reemplazo en el laboratorio para tratar afecciones del sistema digestivo, desde bebés que nacen con intestinos demasiado cortos hasta adultos con enfermedad inflamatoria intestinal, colon cáncer o incontinencia fecal.

En su informe de hoy en Stem Cells Translational Medicine, el equipo de investigación verificó la eficacia de los esfínteres anales cultivados en laboratorio para tratar la incontinencia fecal en un modelo animal grande, un paso importante antes de avanzar a los estudios en humanos. Y el mes pasado en  Tissue Engineering , el equipo informó sobre el éxito de la implantación de intestinos creados por humanos en roedores.

“Los resultados de ambos proyectos son prometedores y emocionantes”, dijo Khalil N. Bitar, Ph.D., AGAF, investigador principal de los proyectos y profesor de medicina regenerativa en el instituto. “Nuestro objetivo es usar las propias células de un paciente para diseñar tejido de reemplazo en el laboratorio para condiciones devastadoras que afectan el sistema digestivo”.

Proyecto Esfínter:  Los esfínteres creados en laboratorio están diseñados para tratar la incontinencia pasiva, la descarga involuntaria de heces debido a un músculo anular debilitado conocido como esfínter anal interno. El músculo puede perder su función debido a la edad o puede dañarse durante el parto y ciertos tipos de cirugía, como el cáncer.

Las opciones actuales para reparar el esfínter anal interno incluyen injertos de músculo esquelético, material de silicona inyectable o implantación de dispositivos mecánicos, todos los cuales tienen altas tasas de complicaciones y éxito limitado.

“El enfoque de la medicina regenerativa tiene un potencial prometedor para las personas afectadas por la incontinencia fecal pasiva”, dijo Bitar. “Estos pacientes enfrentan vergüenza, actividades sociales limitadas que conducen a la depresión y, debido a que son reacios a informar su condición, a menudo sufren sin ayuda”.

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El equipo de Bitar ha estado trabajando para diseñar esfínteres de reemplazo durante más de 10 años. En 2011, el equipo fue el primero en informar sobre esfínteres anales funcionales cultivados en laboratorio creados mediante bioingeniería a partir de células humanas que se implantaron en roedores inmunosuprimidos. El estudio actual involucró a 20 conejos con incontinencia fecal. Ocho animales fueron tratados con esfínteres diseñados a partir de sus propias células musculares y nerviosas, ocho animales no fueron tratados y cuatro recibieron una cirugía “simulada”.

Los esfínteres se diseñaron utilizando pequeñas biopsias del esfínter y el tejido intestinal de los animales. A partir de este tejido, se aislaron músculos lisos y células nerviosas y luego se multiplicaron en el laboratorio. En un molde en forma de anillo, los dos tipos de células se colocaron en capas para construir el esfínter. Todo el proceso tomó alrededor de cuatro a seis semanas.

En los animales que recibieron los esfínteres, se restableció la continencia fecal durante un período de seguimiento de tres meses, en comparación con los otros grupos, que no mejoraron. Las mediciones de la presión y el tono del esfínter mostraron que los esfínteres eran viables y funcionales y mantenían tanto los componentes musculares como nerviosos. Actualmente, el seguimiento más prolongado de los esfínteres implantados está a punto de finalizar con buenos resultados.

Proyecto Intestino:  El proyecto intestino tiene como objetivo ayudar a los pacientes con insuficiencia intestinal, que es cuando el intestino delgado no funciona bien o es demasiado corto para digerir los alimentos y absorber los nutrientes esenciales para la salud. Los pacientes deben recibir nutrición a través de un catéter o aguja. La condición tiene una variedad de causas. Los bebés pueden nacer con intestinos delgados faltantes o disfuncionales. En los adultos, la cirugía para extirpar secciones del intestino debido a un cáncer u otra enfermedad puede resultar en un intestino demasiado corto. El trasplante intestinal es una opción, pero el tejido donado escasea y el procedimiento tiene altas tasas de mortalidad.

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“Un desafío importante en la construcción de tejido intestinal de reemplazo en el laboratorio es que es la combinación de músculo liso y células nerviosas en el tejido intestinal lo que mueve el material alimenticio digerido a través del tracto gastrointestinal”, dijo Bitar.

A través de muchas pruebas y esfuerzos, su equipo ha aprendido a usar los dos tipos de células para crear “láminas” de músculo preconectadas con nervios. Luego, las láminas se envuelven alrededor de moldes tubulares hechos de quitosano, un material natural derivado de los caparazones de los camarones. El material ya está aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. para ciertas aplicaciones.

En el estudio actual, las estructuras tubulares se implantaron en ratas en dos fases. En la fase uno, los tubos se implantaron en el epiplón, que es tejido graso en la parte inferior del abdomen, durante cuatro semanas. Rico en oxígeno, este tejido promovió la formación de vasos sanguíneos hacia las trompas. Durante esta fase, las células musculares comenzaron a liberar materiales que eventualmente reemplazarían el andamio a medida que se degradaba.

Para la fase dos, los intestinos tubulares creados mediante bioingeniería se conectaron a los intestinos de los animales, de forma similar a un trasplante de intestino. Durante esta fase de seis semanas, los tubos desarrollaron un revestimiento celular a medida que las células epiteliales del cuerpo migraban al área. Las ratas aumentaron de peso y los estudios demostraron que el intestino de reemplazo tenía un color saludable y contenía alimentos digeridos.

Los investigadores están entusiasmados con los resultados y su próximo paso es probar las estructuras en animales más grandes.

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“Nuestros resultados sugieren que el intestino humano diseñado podría proporcionar un tratamiento viable para alargar el intestino de los pacientes con trastornos gastrointestinales o pacientes que pierden partes de sus intestinos debido al cáncer”, dijo Bitar.

El apoyo financiero para el proyecto del bioesfínter incluyó a las Fuerzas Armadas de EE. UU., los Institutos Nacionales de Salud del Instituto de Medicina Regenerativa de las Fuerzas Armadas (W81XWH-13-2-0052) y el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (R01DK071614 y R42DK105593 para CELLF BIO LLC). El apoyo para el proyecto del intestino provino de la Escuela de Medicina de Wake Forest.

Los coinvestigadores del proyecto del bioesfínter fueron: los coautores principales Jaime L. Bohl, MD, y Elie Zakhem, Ph.D., Wake Forest Baptist. Los investigadores del proyecto del intestino fueron: Elie Zakhem, Ph.D., autor principal, Riccardo Tamburrini, MD, Giuseppe Orlando, MD, Ph.D., y Kenneth Koch, MD, Wake Forest Baptist.

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