Este es un nervio de regeneración vía impresión 3D implantado en una rata, lo que le ayuda a mejorar la capacidad de caminar en 10 a 12 semanas después de la implantación. Fuente: Universidad de Minnesota Escuela de Ciencia e Ingeniería
Más de 200.000 personas al año se ven implicadas en accidentes o enfermedades por las que terminan con lesiones en sus nervios, algunas de ellas les impiden caminar o directamente moverse.
Un equipo de investigadores ha conseguido implantar en ratas una guía de impresión 3D, la primera existente de este tipo, que les mejora la capacidad de caminar. La guía ayuda a mejorar funciones sensoriales y motoras de los nervios complejos después de la lesión.
El equipo de colaboradores en el proyecto esta formado por varios científicos de distintas universidades de Estados Unidos como la Universidad de Minnesota, Virginia Tech, la Universidad de Maryland, la Universidad de Princeton y la Universidad Johns Hopkins.
La regeneración nerviosa es un proceso complejo. Debido a esta complejidad, el recrecimiento de los nervios después de una lesión o enfermedad es algo muy raro, de acuerdo con la Clínica Mayo. El daño nervioso es a menudo permanente. Los métodos de impresión avanzada en 3D podrían ser ahora la solución.
En un nuevo estudio, publicado por la revista Advanced Functional Materials, los investigadores utilizaron una combinación de técnicas de imágenes en 3D y de impresión 3D para crear una guía de silicona personalizada implantada con señales bioquímicas para ayudar a la regeneración del nervio. La eficacia de la guía se puso a prueba en el laboratorio utilizando ratas.
Un equipo de investigadores ha conseguido implantar en ratas una guía de impresión 3D, la primera existente de este tipo, que les mejora la capacidad de caminar. La guía ayuda a mejorar funciones sensoriales y motoras de los nervios complejos después de la lesión.
El equipo de colaboradores en el proyecto esta formado por varios científicos de distintas universidades de Estados Unidos como la Universidad de Minnesota, Virginia Tech, la Universidad de Maryland, la Universidad de Princeton y la Universidad Johns Hopkins.
La regeneración nerviosa es un proceso complejo. Debido a esta complejidad, el recrecimiento de los nervios después de una lesión o enfermedad es algo muy raro, de acuerdo con la Clínica Mayo. El daño nervioso es a menudo permanente. Los métodos de impresión avanzada en 3D podrían ser ahora la solución.
En un nuevo estudio, publicado por la revista Advanced Functional Materials, los investigadores utilizaron una combinación de técnicas de imágenes en 3D y de impresión 3D para crear una guía de silicona personalizada implantada con señales bioquímicas para ayudar a la regeneración del nervio. La eficacia de la guía se puso a prueba en el laboratorio utilizando ratas.
Probado en ratas con grandes expectativas
Para lograr sus resultados, los investigadores utilizaron un escáner 3D para lograr invertir la estructura del nervio ciático de las ratas. Luego usaron una impresora especializada 3D hecha a medida para imprimir una guía para la regeneración.
Incorporado en la guía eran las señales químicas impresas en 3D las que promovían la regeneración de ambos nervios, tanto el motor como el sensorial. A continuación, la guía se implantó en la rata mediante un injerto insertado quirúrgicamente a los extremos cortados del nervio. Aproximadamente 10 a 12 semanas, se mejoró la capacidad de la rata para caminar de nuevo.
"Esto representa una importante prueba de concepto de la impresión en 3D de guías nerviosas a medida para la regeneración de las lesiones nerviosas complejas", dijo el profesor de ingeniería mecánica Michael McAlpine de la Universidad de Minnesota, investigador principal del estudio, en una nota de prensa.
"Tenemos la esperanza de que algún día podamos tener un escáner e impresora 3D directos en cada hospital, para así poder crear guías personalizadas para los nervios justo en el lugar, y de ese modo, poder restaurar la función nerviosa con prontitud".
El escaneo y la impresión tarda alrededor de una hora, pero el cuerpo necesita varias semanas para que vuelvan a crecer los nervios. McAlpine dijo que en estudios previos han demostrado el recrecimiento de los nervios lineales, pero esta es la primera vez que un estudio ha demostrado la creación de una guía personalizada para la regeneración de un nervio complejo como el nervio ciático en forma de Y que tiene dos ramas tanto las sensitivas como las motoras.
"El próximo paso es emocionante, consistirá en implantar estas guías en los seres humanos en lugar de ratas", dijo McAlpine. “En los casos donde un nervio no está disponible para escanearlo, se podría crear, algún día, una "biblioteca" de nervios escaneados de otras personas o cadáveres. Los hospitales podrían utilizarla para crear guías de impresión 3D para los pacientes que se encuentren estrechamente emparejados con los existentes en la “biblioteca”.
Además de McAlpine, los principales contribuyentes al equipo de investigación incluyen Blake N. Johnson, Virginia Tech; Xiaofeng Jia, de la Universidad de Maryland y la Universidad Johns Hopkins; y Karen Z. Lancaster, Esteban Engel, y Lynn W. Enquist, la Universidad de Princeton.
Esta investigación fue financiada por becas de los Institutos Nacionales de Salud, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, el Maryland Stem Cell Research Fund y el Programa de Grandes Desafíos de la Universidad de Princeton.
La investigación en Europa
Este nuevo avance en el campo de la regeneración nerviosa arroja luz para aquellos pacientes con algún tipo de lesión en la médula espinal. En un artículo publicado por Tendencias21, investigadores del Instituto Max Planck de Neurobiología de Munich demostraron que el medicamento Taxol, utilizado contra el cáncer, ayudaba a la regeneración de las células nerviosas.
El Taxol actuaría en concreto en dos sentidos: estabilizando la estructura del citoesqueleto, lo que permitiría a las células nerviosas recuperar su capacidad de crecimiento, y previniendo la producción de una sustancia inhibitoria del crecimiento presente en el tejido cicatrizal.
Cuando se produce una lesión de este tipo, una serie de factores impiden dicha regeneración. Los dos más importantes son la desestabilización del citoesqueleto (que es un entramado tridimensional de proteínas que provee el soporte interno de las células) y el desarrollo de tejido cicatrizal.
En otro artículo publicado por Tendencias 21 investigadores del Imperial College de Londres y del Instituto Hertie de Alemania identificaron un mecanismo que podría hacer crecer de nuevo las fibras nerviosas dañadas en el sistema nervioso central (SNC), formado por la médula y el cerebro, tras una lesión medular o un trauma cerebral. En la actualidad, estos daños resultan irreparables y pueden ocasionar parálisis permanente y pérdida de la sensibilidad.
Los científicos constataron que, cuando los nervios del sistema nervioso periférico (SNP) están dañados, se activa un ‘programa epigenético ’ que favorece que vuelvan a desarrollarse. Además, identificaron la secuencia de eventos químicos que conducían a la activación de dicho programa. En ellos, la proteína PCAF jugaba un papel clave. Por eso la inyectaron en ratones con el SNC dañado, con resultados positivos.
Para lograr sus resultados, los investigadores utilizaron un escáner 3D para lograr invertir la estructura del nervio ciático de las ratas. Luego usaron una impresora especializada 3D hecha a medida para imprimir una guía para la regeneración.
Incorporado en la guía eran las señales químicas impresas en 3D las que promovían la regeneración de ambos nervios, tanto el motor como el sensorial. A continuación, la guía se implantó en la rata mediante un injerto insertado quirúrgicamente a los extremos cortados del nervio. Aproximadamente 10 a 12 semanas, se mejoró la capacidad de la rata para caminar de nuevo.
"Esto representa una importante prueba de concepto de la impresión en 3D de guías nerviosas a medida para la regeneración de las lesiones nerviosas complejas", dijo el profesor de ingeniería mecánica Michael McAlpine de la Universidad de Minnesota, investigador principal del estudio, en una nota de prensa.
"Tenemos la esperanza de que algún día podamos tener un escáner e impresora 3D directos en cada hospital, para así poder crear guías personalizadas para los nervios justo en el lugar, y de ese modo, poder restaurar la función nerviosa con prontitud".
El escaneo y la impresión tarda alrededor de una hora, pero el cuerpo necesita varias semanas para que vuelvan a crecer los nervios. McAlpine dijo que en estudios previos han demostrado el recrecimiento de los nervios lineales, pero esta es la primera vez que un estudio ha demostrado la creación de una guía personalizada para la regeneración de un nervio complejo como el nervio ciático en forma de Y que tiene dos ramas tanto las sensitivas como las motoras.
"El próximo paso es emocionante, consistirá en implantar estas guías en los seres humanos en lugar de ratas", dijo McAlpine. “En los casos donde un nervio no está disponible para escanearlo, se podría crear, algún día, una "biblioteca" de nervios escaneados de otras personas o cadáveres. Los hospitales podrían utilizarla para crear guías de impresión 3D para los pacientes que se encuentren estrechamente emparejados con los existentes en la “biblioteca”.
Además de McAlpine, los principales contribuyentes al equipo de investigación incluyen Blake N. Johnson, Virginia Tech; Xiaofeng Jia, de la Universidad de Maryland y la Universidad Johns Hopkins; y Karen Z. Lancaster, Esteban Engel, y Lynn W. Enquist, la Universidad de Princeton.
Esta investigación fue financiada por becas de los Institutos Nacionales de Salud, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, el Maryland Stem Cell Research Fund y el Programa de Grandes Desafíos de la Universidad de Princeton.
La investigación en Europa
Este nuevo avance en el campo de la regeneración nerviosa arroja luz para aquellos pacientes con algún tipo de lesión en la médula espinal. En un artículo publicado por Tendencias21, investigadores del Instituto Max Planck de Neurobiología de Munich demostraron que el medicamento Taxol, utilizado contra el cáncer, ayudaba a la regeneración de las células nerviosas.
El Taxol actuaría en concreto en dos sentidos: estabilizando la estructura del citoesqueleto, lo que permitiría a las células nerviosas recuperar su capacidad de crecimiento, y previniendo la producción de una sustancia inhibitoria del crecimiento presente en el tejido cicatrizal.
Cuando se produce una lesión de este tipo, una serie de factores impiden dicha regeneración. Los dos más importantes son la desestabilización del citoesqueleto (que es un entramado tridimensional de proteínas que provee el soporte interno de las células) y el desarrollo de tejido cicatrizal.
En otro artículo publicado por Tendencias 21 investigadores del Imperial College de Londres y del Instituto Hertie de Alemania identificaron un mecanismo que podría hacer crecer de nuevo las fibras nerviosas dañadas en el sistema nervioso central (SNC), formado por la médula y el cerebro, tras una lesión medular o un trauma cerebral. En la actualidad, estos daños resultan irreparables y pueden ocasionar parálisis permanente y pérdida de la sensibilidad.
Los científicos constataron que, cuando los nervios del sistema nervioso periférico (SNP) están dañados, se activa un ‘programa epigenético ’ que favorece que vuelvan a desarrollarse. Además, identificaron la secuencia de eventos químicos que conducían a la activación de dicho programa. En ellos, la proteína PCAF jugaba un papel clave. Por eso la inyectaron en ratones con el SNC dañado, con resultados positivos.
Referencia bibliográfica:
Blake N. Johnson, Karen Z. Lancaster, Gehua Zhen, Junyun He, Maneesh K. Gupta, Yong Lin Kong, Esteban A. Engel, Kellin D. Krick, Alex Ju, Fanben Meng, Lynn W. Enquist, Xiaofeng Jia, Michael C. McAlpine. 3D Printed Anatomical Nerve Regeneration Pathways . Advanced Functional Materials (2015).
Blake N. Johnson, Karen Z. Lancaster, Gehua Zhen, Junyun He, Maneesh K. Gupta, Yong Lin Kong, Esteban A. Engel, Kellin D. Krick, Alex Ju, Fanben Meng, Lynn W. Enquist, Xiaofeng Jia, Michael C. McAlpine. 3D Printed Anatomical Nerve Regeneration Pathways . Advanced Functional Materials (2015).