Descubrimiento IMP de Investigación Médica

Programación de exosomas sintéticos para optimizar la cicatrización de heridas

Científicos crean exosomas sintéticos con funcionalidades naturales y presentan su aplicación terapéutica

07 de septiembre de 2021

Científicos del Instituto Max Planck de Investigación Médica en Heidelberg y colegas del Instituto DWI Leibniz de Materiales Interactivos en Aquisgrán diseñaron exosomas sintéticos que regulan la señalización celular durante el cierre de heridas. Las estructuras sintéticas están construidas para parecerse a las vesículas extracelulares (VE) naturales que juegan un papel fundamental en la comunicación entre las células durante diversos procesos en nuestro cuerpo. Los científicos descubrieron mecanismos clave para regular y ayudar a la curación de heridas y la formación de nuevos vasos sanguíneos. Para esto, diseñaron y construyeron vehículos eléctricos totalmente sintéticos programables desde cero en lugar de aislar los vehículos eléctricos naturales de las células. Así los científicos demuestran con éxito por primera vez que se pueden construir exosomas totalmente sintéticos con funcionalidad terapéutica.
Los cultivos de células de piel humana (gris y cian) se reprograman mediante la captación de exosomas sintéticos (violeta).
  Aumentar imagen

Los cultivos de células de piel humana (gris y cian) se reprograman mediante la captación de exosomas sintéticos (violeta).

 

[menos]

Una comunicación que funcione bien entre las células es fundamental para los organismos multicelulares como nosotros. Casi todos los procesos en nuestro cuerpo requieren una interacción coordinada entre las células a medida que forman tejidos y órganos o, por ejemplo, trabajan juntas durante las respuestas inmunes. La cicatrización de heridas o la formación de nuevos vasos sanguíneos también requiere una amplia señalización célula-célula para garantizar la regeneración coordinada de los tejidos. Las células de la piel aplican varios mecanismos para comunicarse entre sí. Una de ellas son las vesículas extracelulares (VE). Son pequeñas gotas o compartimentos que las células pueden cargar con diferentes moléculas y liberar para transferir "información". Al unirse a otras células o ser captadas por ellas, liberan esa información. Sin embargo, se sabe poco sobre los mecanismos concretos y los complejos procesos de señalización que trabajan detrás de la comunicación de vesículas extracelulares. Este es también el principal factor limitante para su aplicación terapéutica.

Para desarrollar una mejor comprensión de los vehículos eléctricos, los científicos del IMP de Investigación Médica y sus colaboradores eligieron un enfoque de biología sintética de abajo hacia arriba. Dentro de los tubos de ensayo, diseñaron y ensamblaron vesículas extracelulares totalmente sintéticas para imitar su forma y función con precisión. Con esto, apuntaron a una evaluación mejor y más sistemática de su papel durante la cicatrización de heridas y a comprender la relevancia y la función de cada componente dentro de las vesículas. Su enfoque de abajo hacia arriba, utilizando gotas de lípidos, permitió ajustar las funcionalidades de los vehículos eléctricos y crear una tecnología VE programable. "Potencialmente podemos crear vesículas sintéticas con varios tipos de características, esa es la belleza del enfoque de abajo hacia arriba. Nos da la oportunidad de copiar, afinar y mejorar las estructuras naturales para diferentes propósitos", dice Oskar Staufer, primer autor e investigador postdoctoral en el Departamento de Biofísica Celular del IMP de Investigación Médica.

Para demostrar la funcionalidad de los vehículos eléctricos sintéticos durante los procesos de curación de heridas, los investigadores estudiaron el comportamiento de curación de la piel de donante humano cultivada en el laboratorio. Cuando trataban las heridas en estas pieles con sus exosomas sintéticos, podían mostrar una curación mucho más rápida y las heridas se cerraban más rápido. Una observación similar se hizo al probar la capacidad de los exosomas sintéticos para mejorar la formación de nuevos vasos sanguíneos, otro proceso que es extremadamente relevante en varios contextos terapéuticos, como la regeneración de tejidos después de la cirugía y el daño cardíaco. Al profundizar en el mecanismo que actúa dentro de las células tratadas con los vehículos eléctricos sintéticos, los científicos también pudieron determinar moléculas cruciales dentro de los vehículos eléctricos que son responsables de desencadenar los efectos terapéuticos. Identificar los componentes clave de los vehículos eléctricos es un avance clave que en el futuro podría permitir la ingeniería de vesículas ajustables individualmente de valor terapéutico para el tratamiento de muchas enfermedades como el cáncer, los trastornos inmunológicos o las enfermedades neurodegenerativas.

"Los exosomas han generado grandes esperanzas en la biomedicina durante más de 20 años. Con esta nueva tecnología en las manos, ahora podemos sintetizar exosomas con alta pureza a escala terapéutica. Esto supera algunas de las principales limitaciones que han impedido la aplicación de exosomas para la terapia y podría llevarnos a aprovechar el poder de la comunicación de vesículas extracelulares. Además, como estamos trabajando con sistemas de vesículas muy definidos, ahora podemos estudiar las funciones fundamentales de VE de una manera muy sistemática".

 
loading content
Go to Editor View