Grans de sal. Imatge de kevindooley via Wikimedia Commons, amb llicència CC BY 2.0.
Una cèl·lula és un ésser viu i, com a tal, està fortament influenciada pel seu entorn. Tal com us avançava a l’entrada Cèl·lules mare per regenerar teixits: realitat o ficció?, des de l’enginyeria de teixits es busca desenvolupar estructures que imitin els teixits originals, a nivell mecànic i biològic. En el cas de les cèl·lules mare en particular, la seva relació amb l’entorn a l’escala nanomètrica és un factor essencial per al control de la seva diferenciació (transformar-se en un tipus cel·lular o un altre). Encara que el concepte “nano” pugui semblar una escala ínfima, no hem d’oblidar que una cèl·lula fa de mitjana uns 10 micròmetres de punta a punta, és a dir, una distància equivalent a l’1% d’un mil·límetre. Tot i així, és sabut que les cèl·lules poden detectar partícules 2.000 vegades més petites que elles (un nanòmetre és la milionèsima part d’un mil·límetre). És com si estant estirat sobre un matalàs poguessis detectar un gra de sal a l’esquena.
Al nostre laboratori de l’IBEC hem desenvolupat un mètode per crear superfícies amb patrons irregulars de nanopartícules d’uns 5 nanòmetres. Això ens permet estudiar la interacció de cèl·lules mare amb aquestes molècules. Les cèl·lules mare es mouen sobre aquestes superfícies i interaccionen amb les nanopartícules, que imiten els punts d’adhesió cel·lular naturals; com més nanopartícules hi ha a la superfície, més fort s’hi adhereixen les cèl·lules.
A banda de controlar l’adhesió, hem observat que el contacte de les cèl·lules amb les nanopartícules del substrat afecta a la seva diferenciació. En els nostre estudi de formació de cartílag (un procés anomenat condrogènesi) hem observat que hi ha un nivell ideal d’adherència entre la cèl·lula i la superfície on creix, que promou el pas de les cèl·lules mare a condròcits, el tipus cel·lular que forma el cartílag. Les cèl·lules mare que creixen sobre superfícies amb una concentració intermèdia de nanopartícules adherents tendeixen a diferenciar-se cap a condròcits de manera molt més efectiva que no pas les cèl·lules que creixen sobre concentracions molt elevades, o molt baixes, de nanopartícules.
Exemple de maluc osteoartrític. A l’esquerra, una articulació de maluc saludable. A la dreta, articulació afectada pel desgast, amb clarianes al cartíleg, que exposen l’ós i causen fricció i dolor. Imatge d’OpenStax via Creative Commons, amb llicència CC BY 4.0.
Un cop determinem el nivell d’adherència ideal, podrem aplicar la troballa a l’enginyeria de teixits per promoure la condrogènesi en les cèl·lules mare implantades al cartílag defectuós dels pacients amb lesions important de cartílag, com osteoartritis (una de les malalties més freqüents al món) o víctimes d’un accident.
El nostre sistema permet generar superfícies amb nanopartícules de diferents característiques, sigui per promoure la diferenciació de cèl·lules mare a altres tipus cel·lulars o per a l’estudi en profunditat de com les cèl·lules interaccionen amb el seu entorn a la nanoescala. Aquest és només un exemple de com es pot aplicar la nanociència a la millora de la nostra qualitat de vida. Les possibilitats són moltes i, com en tantes branques de la ciència, ens caldrà fixar-nos cada cop més en fenòmens extremadament petits per avançar cap a resultats extraordinàriament grans.
Basat en aquest article:
Casanellas, I., Lagunas, A., Tsintzou, I., Vida, Y., Collado, D., Pérez-Inestrosa, E., et al. Dendrimer-based Uneven Nanopatterns to Locally Control Surface Adhesiveness: A Method to Direct Chondrogenic Differentiation. J. Vis. Exp. (131), e56347, doi:10.3791/56347 (2018).
Video JOVE del mètode per a crear els nano-patrons
Imatge destacada: Betty Broadbent, “The Princess And The Pea”, via Flikr anb llicència CC BY-NC-SA 2.0.
Autor: Ignasi Casanellas, investigador predoctoral a l’IBEC
del grup Nanobioengineering
Edició: Pilar Rodríguez Franco, divulgadora a l’IBEC