Sistema de galvanotaxis para crecimiento celular en medio de cultivo semisólido

Abstract

RESUMEN: A inicios de 2017, en México, se necesitaban 20,388 trasplantes entre córnea, riñón, hígado y corazón, de los cuales, según datos del Centro Nacional de Trasplantes se resolvieron 7,128, lo que corresponde al 34.96% (Centro Nacional de Trasplantes, 2017). Tabla 1. Porcentaje de demanda en trasplantes de órganos en el 2017. Fuente: (Centro Nacional de Trasplantes, 2017). Órgano Necesidad Trasplantes Porcentaje resuelto Córnea 7486 3762 50.25 Riñón 12477 3150 25.24 Hígado 376 183 48 Corazón 49 33 67.34 Total 20388 7128 34.96 Los datos de la Tabla 1 muestran una amplia brecha entre los receptores en lista de espera y los trasplantes concretados actualmente. Esto supone un problema debido al aumento constante que existe en la necesidad de sustituir órganos y la poca disponibilidad de los mismos por parte de donadores registrados. Como respuesta ante esta problemática, se han desarrollado sistemas mecánicos que permiten obtener la sustitución funcional de la capacidad fisiológica perdida, sin necesidad de realizar trasplantes. Algunos ejemplos de ellos son los dializadores para el caso renal (McMillan, 2010) y los asistentes mecánicos circulatorios en casos de disfunción cardíaca (Bueno, Cubero, & Rivera, 2006). Aunque estas técnicas son las más comunes, ya que proporcionan una solución temporal, resultan insuficientes, pues no son adecuadas para todos los diagnósticos. Además, en algunos casos el tratamiento es más costoso a largo plazo, comparado con un trasplante (Ruiz, Aguirre, González, & Ruiz, 2008). Otra alternativa terapéutica se centra en la regeneración de tejidos utilizando terapias celulares (Hernández R., 2006). Las terapias celulares se realizan con células o tejidos adultos diferenciados. La fuente de tejido a usar puede ser heteróloga (de otra especie), halogénica (otro individuo de la misma especie) o autóloga (del mismo individuo) (Fabres, 2010). Esta última ha despertado especial interés dentro de la comunidad médica y científica, debido a las posibilidades que ofrece ante la constante necesidad de sustituir tejidos y órganos funcionales sin depender de un donante. A causa de la poca disponibilidad de los mismos, se ha optado por apostar por la ingeniería tisular para realizar investigaciones, que en un futuro permitan la fabricación de tejidos biológicos especializados a partir de cultivos celulares (Falke & Atala, 2000). La ingeniería de tejidos ha buscado desarrollar estructuras tisulares que tengan la forma del órgano a sustituir. Esto implica tres aspectos principales: el desarrollo del tejido a través de las células que lo conforman, ordenar a estas células de tal forma que reproduzcan la morfología del tejido, incluyendo el arreglo tridimensional celular y la tercera que se asocia a la función que debe realizar la estructura del tejido artificial. Lograr el desarrollo de tejido mediante cultivos celulares in vitro obtenidos de una biopsia de tejido autólogo, es la estrategia más utilizada (Alvarez Barreto, 2009). Sin embargo, obtener el crecimiento de células diferenciadas in vitro, no es suficiente. Reproducir la arquitectura morfológica del órgano requiere un crecimiento ordenado de células adheridas a un andamio de soporte (Beltrán Vargas & González de la Rosa, 2016). Generalmente, es necesario una matriz extracelular producida por una monocapa de células que se adhieren fácilmente al andamio para que otras células especializadas lo hagan (Beltrán Vargas & González de la Rosa, 2016). Uno de los principales retos para la ingeniería de tejidos se basa en la capacidad fundamental de dirigir o guiar comportamientos celulares específicos y altamente coordinados. Se han propuesto diversas soluciones en el campo de la ingeniería de tejidos, en cuanto al ordenamiento celular. Uno de los más actuales, que ha demostrado ser una buena alternativa para el direccionamiento de células in vitro, es la galvanotaxis (Balint, Cassidy, & Cartmell, 2013). La galvanotaxis se define como la migración direccionada de células, a partir de la interacción de un organismo vivo con estímulos eléctricos (Nagel, 1895). Este fenómeno se ha observado a nivel celular en procesos como la embriogénesis, angiogénesis (McCaig, Rajnicek, Song, & Zhao, 2005) y metástasis tumoral (Mycielska & Djamgoz, 2004). Aunque esta locomoción orientada se ha estudiado en organismos unicelulares y tejidos animales, su significado funcional aún no ha sido completamente entendido (Eynard, Valentich, & Rovasio, 2008). La respuesta celular varía de acuerdo con la señal de campo eléctrico aplicada sobre el cultivo de un mismo tipo de células. Los estímulos eléctricos aplicados al cultivo de células, en la mayoría de los estudios, son de corriente directa. Sin embargo, estas señales pueden variar en amplitud, frecuencia o forma de onda. Actualmente, se han desarrollado dispositivos que inyectan, sobre el cultivo de células, señales eléctricas de corriente directa y, en menor medida, dispositivos generadores de señales alternas (Yuan, He, Zou, & Huang, 2016). El experimentar con diferentes formas de campos eléctricos sobre un tipo celular, permite caracterizar comportamientos de migración y/o crecimiento direccionado. Además, puede ayudar a generar evidencias contundentes sobre mecanismos celulares de la migración, abriendo la posibilidad de desarrollar tejidos u órganos altamente estructurados y “confeccionados” a partir de aplicar la galvanotaxis como método de ordenamiento celular. Para ello, se debe crear tecnología que permita una experimentación versátil y sencilla en cuestión de modificación de parámetros intrínsecos de una señal eléctrica alterna, tales como frecuencia, amplitud y forma de onda. Además de programas que reconozcan patrones de migración y/o crecimiento direccionado. Consecuentemente, es pertinente desarrollar pruebas in vitro en organismos evolutivamente inferiores, como las bacterias, para comprender más a fondo el fenómeno galvanotáctico y posteriormente escalarlo a un nivel celular más complejo utilizando células animales, con el objetivo de formar estructuras diferenciadas pero ordenadas.