Predicción de la regeneración del tejido cardiovascular
Las enfermedades cardiovasculares son una de las principales causas de mortalidad en el mundo, lo que pone de manifiesto la necesidad urgente de desarrollar terapias capaces de restaurar los tejidos dañados, en lugar de limitarse a controlar los síntomas. Aunque la ingeniería tisular constituye una estrategia prometedora para obtener sustitutos de vasos sanguíneos y válvulas cardíacas, reproducir la compleja estructura y función de los tejidos sigue siendo todo un reto.
Comprender la regeneración tisular
Para superar esta limitación, en el proyecto MechanoSignaling, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se estudió cómo interactúan las fuerzas mecánicas y las rutas de señalización celular que controlan la regeneración tisular. La investigación se centró en la ruta de señalización Notch(se abrirá en una nueva ventana), que desempeña un papel fundamental en el desarrollo cardiovascular y en la regeneración tisular. Esta ruta controla la comunicación intercelular y regula la organización celular, por lo que influye en procesos biológicos básicos. Los investigadores partieron de la hipótesis de que comprender los mecanismos mediante los que las fuerzas mecánicas regulan la señalización Notch podría ayudar a controlar la regeneración de tejidos artificiales. Las células cardiovasculares están expuestas a fuerzas hemodinámicas(se abrirá en una nueva ventana) generadas por la tensión arterial y el flujo de la sangre, por lo que la interacción entre la biomecánica y las rutas de señalización reviste especial importancia. «Los factores mecánicos influyen sobremanera en el comportamiento de las células del tejido cardiovascular. Comprender cómo estas fuerzas regulan la señalización Notch favorecerá el diseño de terapias regenerativas», explica Sandra Loerakker, investigadora principal del proyecto.
Modelos predictivos de la adaptación cardiovascular
Los investigadores combinaron experimentos de laboratorio con técnicas avanzadas de modelización computacional(se abrirá en una nueva ventana). Las células se sometieron a distintos grados de deformación mecánica para determinar cómo las variaciones de las fuerzas afectan a la dinámica de señalización, la organización celular y la producción de proteínas. También se modificó la actividad de la ruta de señalización Notch con el fin de establecer relaciones causales entre la señalización y el comportamiento de los tejidos. Paralelamente al trabajo experimental, el consorcio desarrolló modelos computacionales que simulan las interacciones de Notch entre células y relacionan estos procesos con la mecánica tisular. Uno de los primeros modelos(se abrirá en una nueva ventana) describía el funcionamiento de la señalización Notch entre células en interacción. Las simulaciones revelaron que la organización celular tiene una influencia limitada en la señalización cuando ciertas proteínas adquieren un papel predominante en la dinámica de comunicación celular. Estos modelos de señalización se combinaron con modelos biomecánicos de vasos sanguíneos para investigar cómo la tensión arterial regula la señalización celular y, a su vez, favorece la adaptación tisular. Gracias a este trabajo, se demostró cómo la hipertensión puede alterar la señalización Notch y contribuir a la adaptación estructural de los vasos sanguíneos. A continuación, el equipo desarrolló los primeros modelos computacionales multiescala que relacionan las interacciones de Notch(se abrirá en una nueva ventana) a nivel subcelular con la adaptación cardiovascular a escala tisular. Estos modelos ofrecen una nueva base conceptual para comprender cómo los acontecimientos celulares locales contribuyen a la formación de estructuras tisulares funcionales. El equipo también desarrolló modelos computacionales de válvulas cardíacas obtenidas mediante ingeniería tisular, lo que permitió estimar las tensiones mecánicas locales y analizar cómo estas señales influyen en la formación de tejido. «La modelización computacional permite analizar mecanismos muy difíciles de estudiar de forma experimental y facilita la identificación, con mayor eficiencia, de las estrategias regenerativas más prometedoras», comenta Loerakker.
Sentar las bases de la medicina regenerativa del futuro
La investigación de MechanoSignaling reveló cómo interactúan las fuerzas mecánicas y la señalización celular durante la regeneración tisular. Estos hallazgos sientan las bases científicas para el desarrollo de nuevas terapias cardiovasculares de ingeniería tisular. Los investigadores se proponen estudiar ahora cómo los biomateriales sintéticos se transforman en tejidos vivos. Su objetivo es incorporar el comportamiento de las células inmunitarias en futuros modelos, debido a su papel fundamental en la regeneración mediada por biomateriales. El proyecto también puso de relieve la creciente importancia de los modelos computacionales predictivos en medicina regenerativa, que ayudan a identificar estrategias terapéuticas eficaces y favorecen la estratificación de pacientes.