Atrapamiento de células madre con colágeno y seda
Las proteínas de origen natural ofrecen la oportunidad de imitar en los biorrectores el microambiente in vivo que experimentan las células madre con una modificación química limitada (o ausente). La proteína más abundante en el cuerpo de los mamíferos es el colágeno, y su función principal in vivo es proporcionar rigidez a la matriz extracelular; el enlace entre las células y el colágeno puede ser directo o puede lograrse a través de la molécula de fibronectina, que une el colágeno y la integrina de la molécula de la superficie celular a través del motivo RGD. Las isoformas de colágeno I, II, III y V son proteínas fibrosas ubicadas en el área intersticial de los tejidos, mientras que el colágeno IV es parte de la capa basal de la mayoría de los tejidos epiteliales. Como biomaterial, el colágeno es biodegradable, biocompatible, tiene baja inmunogenicidad y se puede extraer de prácticamente cualquier mamífero. Su principal desventaja es la dificultad de esterilización, similar a cualquier otro material a base de proteínas, ya que el vapor y la radiación pueden cambiar fácilmente la conformación de la proteína. En el caso del colágeno, el tratamiento con ácido es el método de esterilización más común, mientras que la inmersión en etanol también es una alternativa.
El colágeno de tipo I es la isoforma que se utiliza en la gran mayoría de aplicaciones de cultivos celulares; estos incluyen cultivos de células madre neurales, hMSC y ESC de ratón. En el último trabajo, Battista y colaboradores, han demostrado que los cuerpos embrioides (EB) de células madre embrionarias de ratón (mESC) diferenciados se inhiben con concentraciones crecientes de colágeno, probablemente debido a una rigidez creciente de los geles. El efecto de la tensión uniaxial sobre la diferenciación osteogénica de hMSC fue demostrado por Sumanasinghe, para aumentar la expresión génica de la proteína morfogénica ósea 2 (BMP-2) en un 10% en comparación con el control no tensado. El mejor ejemplo de una aplicación comercial que involucra colágeno es los productos de medicina regenerativa para la cicatrización de heridas cuya formulación incluye colágeno.
La fibrina es una proteína que interviene en la coagulación de la sangre; se forma cuando la trombina interactúa con el fibrinógeno y forma el polímero de fibrina. Esta proteína es ideal para aplicaciones terapéuticas ya que sus materias primas se pueden extraer de la sangre de un paciente para realizar la síntesis de fibrina ex vivo, que constituye un producto autólogo degradable que no debería provocar una respuesta inmune cuando se reimplanta en el paciente.
La literatura reporta varias aplicaciones terapéuticas de geles de fibrina para defectos óseos usando hMSC y más recientemente Falanga et al. han informado de la aplicación de una mezcla de hMSC con fibrina en un aerosol para la cicatrización de heridas. Esta proteína también se ha utilizado para la diferenciación neuronal de mESC y para construir válvulas cardíacas artificiales que contienen miofibroblastos humanos primarios.
El uso de la seda como material se originó en la industria textil (que produce alrededor de 4 × 105 toneladas de seda al año) y ha migrado al campo médico hace décadas cuando comenzaron a usarse las suturas de seda. La proteína de la seda es una de las más resistentes de la naturaleza y su módulo de Young varía de 5 a 17 GPa (en comparación con el colágeno que tiene 2 a 50 MPa). La principal ventaja de la seda sobre los biomateriales naturales restantes es que la esterilización con vapor y la irradiación gamma no cambian su estructura. Dada su rigidez, este material, funcionalizado con el péptido RGD, ya se ha utilizado para la diferenciación osteogénica de hMSC y se ha demostrado que regula al alza la expresión de marcadores óseos en comparación con el colágeno. El cultivo y la diferenciación condrogénica de hMSC también se logró en andamios de seda porosa 3D, y también se ha demostrado la expansión indiferenciada de este tipo de células en nanofibras de seda electrohiladas.