Investigadores del IBEC desarrollan un modelo tridimensional de tejido muscular mediante técnicas de bioimpresión y bioingeniería de tejidos que permite reproducir sus perfiles de fuerza, contracción y envejecimiento. El nuevo modelo tendrá potenciales aplicaciones en campos como la biomedicina, la cosmética y la robótica. Además, abrirá las puertas al estudio de alteraciones morfológicas y funcionales causadas por el envejecimiento muscular.
Los estudios que utilizan modelos in vitro de tejidos musculares, ya sea en biomedicina o en la industria cosmética, se basan en gran medida en modelos 2D de crecimiento celular, que no representan lo que realmente ocurre en el cuerpo humano. Existe, por tanto, una gran necesidad de modelos tridimensionales que permitan realizar estudios fiables y reproducibles en campos como la ingeniería de tejidos, la modelización de enfermedades y el testeo de nuevos fármacos, y la robótica bio-híbrida (combinación de tejidos vivos y robots).
Ahora, gracias a la ingeniería de tejidos y a la bioimpresión 3D, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC) liderados por Samuel Sánchez, Profesor de Investigación ICREA e investigador principal del grupo “Nano-Bio Dispositivos Inteligentes”, han desarrollado una nueva plataforma 3D con músculos esqueléticos humanos que mimetiza el tejido real. Este nuevo enfoque permitirá estudiar en detalle tanto el desarrollo de los músculos como las enfermedades que padecen, además de posibilitar una evaluación fiable de fármacos y cosméticos. El trabajo ha sido realizado en colaboración con la empresa Lubrizol y se ha publicado recientemente en la revista Biofabrication.
El nuevo modelo muscular en 3D
El nuevo modelo tridimensional de tejido muscular desarrollado por los investigadores del IBEC es capaz de mimetizar la estructura 3D del tejido nativo. Además, proporciona información cuantitativa sobre la generación de fuerza y los patrones de contracción muscular a través de estímulos eléctricos con electrodos de carbono fabricados por los propios investigadores.
Para generar el nuevo músculo, los investigadores partieron de mioblastos, precursores de células musculares, juntamente con una mezcla de diferentes componentes que simula el medio extracelular y ayuda a dar forma y estructura 3D al nuevo tejido.
La utilización de células humanas en la nueva plataforma, además de aportar fiabilidad y precisión, presenta otras ventajas como la posibilidad de personalización partiendo de células de pacientes, y de prescindir de la utilización de animales para la experimentación, eliminando las implicaciones éticas que conlleva.
Este modelo ofrece la versatilidad y flexibilidad necesarias en los enfoques multidisciplinarios para la comprensión del desarrollo muscular y de su respuesta a diferentes tratamientos.
La nueva plataforma es idónea para evaluar fármacos y cosméticos y entender cómo afectan el músculo y controlan su comportamiento.
Rafael Mestre, primer coautor del estudio (IBEC).
Prueba de concepto: el envejecimiento muscular
La posibilidad de estudiar el envejecimiento muscular en una plataforma 3D tiene mucha relevancia para la industria cosmética, ya que está íntimamente relacionado con alteraciones funcionales y fisiológicas de los músculos faciales. En la prueba de concepto para simular el envejecimiento muscular, los investigadores utilizaron el factor de necrosis tumoral-α (TNF- α), una pequeña proteína del grupo de las citocinas, relacionada, entre otros, con la pérdida de masa y tono muscular. Al tratar el músculo con TNF- α, los investigadores observaron cambios en la relajación y una reducción de la fuerza musculares, similar a lo que ocurre en un proceso real de envejecimiento.
Finalmente, para evaluar la funcionalidad muscular y el efecto de nuevos compuestos, los investigadores realizaron pruebas en colaboración con la empresa Lubrizol. La nueva plataforma permitió corroborar la eficacia de un nuevo producto cosmético antiarrugas, Argireline® Amplified peptide, que mostró una reducción en la fuerza de contracción muscular y una mayor relajación. Desde entonces, el péptido ha sido introducido en el mercado con una velocidad excepcional, creando un interés masivo en clientes de todo el mundo, y consiguiendo estar presente ya en algunos productos finales del mercado.
Con nuestro modelo muscular en 3D podremos comprender aspectos clave de la función muscular durante el envejecimiento y estudiar los procesos fisiológicos que contribuyen a la aparición de las arrugas de expresión, así como las vías necesarias para reducirlas.
Mauricio Valerio-Santiago, Lubrizol.
Artículo de referencia: Rafael Mestre, Nerea García, Tania Patiño, Maria Guix, Judith Fuentes, Mauricio Valerio-Santiago, Núria Almiñana, Samuel Sánchez. 3D-bioengineered model of human skeletal muscle tissue with phenotypic features of aging for drug testing purposes. Biofabrication 13 (2021) 045011.
Fuente: IBEC