La agarosa – polisacáridos en el cultivo de células madre

Los polisacáridos en el cultivo de células madre son, al igual que las proteínas, un componente natural de la ECM. La principal ventaja de los polisacáridos sobre las proteínas es que los monómeros de partida son más pequeños y, por tanto, más fáciles de manipular y esterilizar. En su forma no modificada, estos carbohidratos no se unen a las células. En cambio, obligan a las poblaciones celulares a formar contactos célula-célula una vez que estos están contenidos dentro del material.

La agarosa es un polisacárido formado por galactosas alfa y beta extraído de algas o algas marinas y está compuesto estructuralmente por los monómeros D-galactosa y 3,6-anhidro-L-galactopiranosa. Históricamente, se ha utilizado para la electroforesis de ácidos nucleicos. Cuando la agarosa se disuelve en una solución acuosa, se puede solubilizar calentando la mezcla; una vez que esta mezcla se enfría a la temperatura de gelificación, se vuelve sólida. Para resolubilizar el gel, es necesario calentarlo a la temperatura de fusión, que es significativamente más alta que la temperatura de gelificación.

Se utilizan geles de agarosa con baja temperatura de gelificación / fusión para hacer que este proceso sea compatible con el atrapamiento celular, y al cambiar la concentración de agarosa en la mezcla final es posible ajustar la rigidez del material.

Se demostró que el cultivo de hMSC en geles de agarosa al 2% (p / v) era tan eficaz como el cultivo de sedimentos estándar de oro para la diferenciación condrogénica de estas células madre. La diferenciación condrogénica de MSC en geles de agarosa al 2% también fue estudiada por Mauck et al .; En este caso, las células quedaron atrapadas en discos de 4 × 1,5 mm (diámetro x espesor) y sometidas a una carga de compresión cíclica, lo que resultó en un aumento en la cantidad de glicosaminoglicanos (GAG) producidos después de 4 semanas, en comparación con un control sin carga. Este último trabajo ejemplifica la importancia de las fuerzas aplicadas a los cultivos de células madre y cómo se pueden utilizar los biomateriales para permitir tales procesos.

Los alginatos son polímeros compuestos por residuos de 𝛽-D-manuronato (M) y 𝛼-L-guluronato (G), que se extraen de las algas pardas. Sus ventajas y proceso de extracción son similares a la agarosa, pero el alginato forma una solución viscosa aniónica que gelifica solo en presencia de cationes divalentes como calcio o bario (los agentes reticulantes). El efecto del alginato en el procesamiento de células madre ha sido estudiado a fondo donde las hESC se cultivaron como esferoides multicelulares 3D o adherentes a microportadores en vasos giratorios. Estas dos configuraciones de cultivo se compararon por su capacidad para expandir hESC indiferenciadas con o sin encapsulación en alginato al 1,1%. Los resultados mostraron que sin la encapsulación de alginato los agregados de hESC no sobrevivieron durante el período de cultivo de 2 semanas. Para las hESC inmovilizadas en microvehículos, la encapsulación de alginato produjo un aumento del 40% en el número final de células.

Los resultados de esta matriz experimental sugieren que, si bien se sabe que el esfuerzo cortante es perjudicial para los cultivos de ESC, el efecto principal de la encapsulación de alginato es la individualización de las “unidades” de cultivo (ya sean agregados o microportadores). En ausencia de encapsulación de alginato, estas unidades se agrupan, lo que conduce a la muerte celular en los agregados y a una proliferación limitada en los microportadores debido a las limitaciones de nutrientes en el núcleo de las unidades agregadas. En otro trabajo, los armazones de agarosa y alginato se compararon con un armazón comercial de gelatina (una forma de colágeno), Surgifoam®, por su capacidad para diferenciar las células madre derivadas de tejido adiposo humano (hADSC) en cartílago. Las células tendieron a adherirse y extenderse en el armazón de gelatina, adoptando una configuración alargada, mientras que en el armazón de agarosa y alginato las células permanecieron redondeadas y solo interactuaron entre ellas.

Las células tendieron a adherirse y extenderse en el armazón de gelatina, adoptando una configuración alargada, mientras que en el armazón de agarosa y alginato las células permanecieron redondeadas y solo interactuaron entre ellas. Esto condujo a diferencias significativas en el tipo de cartílago obtenido al usar gelatina en comparación con los materiales derivados de las algas. Estos resultados se pueden generalizar para resaltar la diferencia entre los materiales bioactivos que interactúan físicamente con las células madre y los materiales para los procesos en biorreactores que son biológicamente inertes, como es el caso de la agarosa (no modificada) y el alginato.El hialurano (o ácido hialurónico, HA) es un glicosaminoglicano no sulfatado, ubicuo en toda la ECM y similar al colágeno, tiene una baja reactividad inmunológica y es biodegradable. Está constituido por monómeros de N -acetilglucosamina y ácido glucurónico, estimula la proliferación y migración celular, y tiene una distribución enriquecida en el embrión de mamífero, razón principal de su aplicación al cultivo de células madre. El hialurano se ha utilizado en la industria médica para el tratamiento de la osteoartritis (OA) como reemplazo del líquido sinovial de baja elasticidad de los pacientes con OA. Esta práctica médica establecida está siendo modificada para la regeneración de discos no vertebrales usando terapia celular, donde las células precursoras mesenquimales humanas (comercializadas por Mesoblast, AU) se inyectan con hialuronano para reparar los discos dañados.