Un Biorreactor Ayuda a las Ranas a Regenerar sus Patas

Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation

Un equipo de científicos ha diseñado un dispositivo capaz de inducir la regeneración parcial de las extremidades traseras en ranas acuáticas adultas con garras africanas (Xenopus laevis) al "poner en marcha" la reparación del tejido en el lugar de la amputación. Sus hallazgos, publicados el 6 de noviembre en la revista Cell Reports, introducen un nuevo modelo para probar electroceuticals "electroceúticos" o terapias de estimulación celular.

"En el mejor de los casos, las ranas adultas normalmente sólo recuperan una espiga cartilaginosa sin rasgos", dice el autor principal, Michael Levin, biólogo del desarrollo en el Allen Discovery Center de la Universidad de Tufts. "Nuestro procedimiento indujo una respuesta regenerativa que normalmente no tienen, lo que dio lugar a apéndices más grandes y estructurados". El dispositivo bioreactor  desencadenó resultados posteriores muy complejos que los bioingenieros aún no pueden microgestionar directamente."

 Los científicos imprimieron en 3D el biorreactor de silicona y lo llenaron de hidrogel, un pegajoso conjunto de polímeros. A continuación, añadieron al hidrogel proteínas de seda hidratantes que favorecen la cicatrización y la regeneración regeneration y luego añadieron progesterona. La progesterona es más conocida por su papel en la preparación del útero para el embarazo, pero también se ha demostrado que esta hormona favorece la reparación de los nervios, los vasos sanguíneos y el tejido óseo.

Los investigadores dividieron las ranas en tres grupos: experimental, de control y simulado. Para el grupo experimental y el de simulación, suturaron el dispositivo en las ranas inmediatamente después de la amputación de la extremidad. En el grupo experimental, el biorreactor liberó progesterona en el lugar de la amputación. En todos los casos, retiraron los dispositivos al cabo de 24 horas.

Cuando observaron las ranas del grupo experimental en diferentes momentos a lo largo de 9,5 meses, observaron que el biorreactor parecía desencadenar un grado de regeneración de las extremidades que no se observaba en los otros grupos. En lugar de la típica estructura en forma de espiga, el tratamiento con el biorreactor dio lugar a una formación en forma de paleta más cercana a una extremidad completamente formada que la que podría crear la regeneración sin ayuda.

"El dispositivo biorreactor creó un entorno de apoyo para la herida en el que el tejido pudo crecer como lo hizo durante la embriogénesis", dice Levin. "Una aplicación muy breve del biorreactor y su carga útil desencadenó meses de crecimiento y modelado del tejido".

Levin y su equipo examinaron de cerca las estructuras regeneradas mediante análisis moleculares e histológicos. Observaron que, a diferencia de los grupos de control y de simulación, las extremidades regeneradas de las ranas tratadas con biorreactores eran más gruesas y tenían huesos, inervación y vascularización más desarrollados. Analizando imágenes de vídeo de las ranas en sus tanques, también observaron que las ranas podían nadar más como las ranas no amputadas.

La secuenciación del ARN y el análisis del transcriptoma revelaron que el biorreactor había alterado la expresión génica de las células en el lugar de la amputación. Los genes implicados en el estrés oxidativo, la señalización serotoninérgica y la actividad de los glóbulos blancos estaban regulados al alza, mientras que otros genes relacionados con la señalización estaban regulados a la baja.

Los investigadores también observaron que la cicatrización y las respuestas inmunitarias se redujeron en las ranas tratadas con el biorreactor, lo que sugiere que la progesterona añadida amortiguó la reacción natural del cuerpo a la lesión de una manera que benefició el proceso de regeneración.

"Tanto en la reproducción como en su recién descubierto papel en el funcionamiento del cerebro, las acciones de la progesterona son locales o específicas del tejido", dice la primera autora, Celia Herrera-Rincon, neurocientífica del laboratorio de Levin en la Universidad de Tufts. "Lo que estamos demostrando con este enfoque es que quizá la reproducción, el procesamiento cerebral y la regeneración están más cerca de lo que pensamos. Tal vez compartan vías y elementos de un código bioeléctrico común -y hasta ahora no completamente comprendido-".

El laboratorio de Levin seguirá centrándose en los procesos bioeléctricos para inducir la regeneración de la médula espinal y la reprogramación de tumores. También esperan replicar su experimento del biorreactor en mamíferos. Investigaciones anteriores sugieren que los ratones pueden regenerar parcialmente las puntas de los dedos amputados en las condiciones adecuadas, pero su vida en tierra dificulta este proceso.

"Casi todos los buenos regeneradores son acuáticos", dice Levin. "Puede imaginarse por qué esto es importante: un ratón que pierde un dedo o una mano, y luego tritura las delicadas células regenerativas en el material del suelo mientras camina, es poco probable que experimente una regeneración significativa de las extremidades". 

Levin planea añadir a continuación sensores al dispositivo para la monitorización remota y la estimulación optogenética, lo que espera que mejore el control de la toma de decisiones celulares tras la lesión.

Artículo: Bioreactor device helps frogs regenerate their legs