Resumen
El diseño de entornos celulares que promuevan la regeneración tisular es un proceso complejo que pretende imitar la matriz extracelular (ECM) mediante la combinación de biomateriales, proteínas de la ECM y factores bioactivos. En los últimos años se han realizado grandes esfuerzos en investigaciones dirigidas a la ingeniería de materiales con aplicaciones en reparación de defectos en el tejido muscular producidos por trauma o enfermedades musculares. Sin embargo, las aproximaciones existentes basadas en materiales han sido incapaces de recapitular la totalidad de las señales metabólicas requeridas en el proceso de regeneración, proceso que depende directamente de los mecanismos de adhesión y del efecto producido por diversas moléculas solubles. El objetivo principal de este proyecto es el diseño de sistemas basados en materiales degradables como plataforma de liberación controlada de moléculas bioactivas (iones) para potenciar la regeneración muscular. Nuestros resultados previos revelan que el Boro (B) potencia la formación de miotubos en las etapas iniciales del proceso de miogénesis en el músculo esquelético, e identifican al B como una molécula inductora de la maduración de mioblastos hacia fibras musculares. Nuestra hipótesis de partida se basa en que los materiales cargados con iones (en particular B y Zinc (Zn)) promueven rutas de señalización requeridas para la diferenciación mioblástica y la regeneración muscular.
Pretendemos explotar las peculiares habilidades de ciertos iones (B, Zn) mediante la ingeniería de sistemas de materiales con liberación controlada de B para investigar los mecanismos de acción implicados mediante aproximaciones in vitro e in vivo. Para ello se utilizarán materiales biodegradables (PLA, PGLA) cuya composición química será optimizada con la finalidad de controlar las tasas de degradación de los polímeros así como las cinéticas de liberación de los iones en el medio. Se investigará la actividad biológica de los diferentes sistemas materiales cargados con iones y recubiertos con diferentes proteínas relevantes de la ECM como Fibronectina (FN), Laminina (LN) y Colágeno (Col) en términos de adhesión y diferenciación celular. Relacionaremos las interacciones producidas, entre las células y la ECM (adhesión celular, reorganización de la ECM) en el contexto de las células musculares, con el efecto de los iones liberados desde
los sistemas materiales. Para ello, haremos uso de diversas líneas celulares mutantes de integrinas así como de moléculas mutantes de FN para determinar el papel de los receptores (integrinas) clave implicados en el proceso de regeneración muscular y su dependencia con la presencia de iones en el entorno.
Finalmente, se determinará el potencial de los sistemas materiales cargados con iones para inducir la reparación del músculo in vivo en un modelo animal de ratón en el que se evaluará la reparación de herida tras una lesión inducida.
Esta propuesta presenta una estrategia simple y robusta empleando biomateriales para promover la diferenciación de mioblastos y la regeneración muscular. Si prosperara, permitiría aumentar la bioactividad de materiales cargados con iones que actuarían de forma local, representando así una aproximación segura y de bajo coste económico con posibilidad de transferencia al mercado y con aplicaciones en terapias para la solución de multitud de problemas de tipo musculo-esquelético.
