Bioluminescence Imaging for the Evaluation and Development of New Biomaterials for Tissue Engineering

• Autores: Olaia Fernández Vila
• Directores de la Tesis: Jerónimo Blanco Fernández (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2013
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Salvador Borrós Gómez (presid.), Edgar Benjamín Montufar Jiménez (secret.), Leonor Santos Ruiz (voc.)
• Programa de doctorado: Biotecnologia
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología celular
      • Cultivo de tejidos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • El desarrollo de biomateriales para ingeniería de tejido es un campo muy complejo y prolífico que en el que se combinan la ingeniería de materiales, la química, la biología celular y la medicina. Cada año se publican nuevas y prometedoras ideas que requieren de estudios in vivo e in vitro antes de realizar pruebas clínicas. Por desgracia, las condiciones in vitro son muy diferentes a las de la vida real y muchas de estas prometedoras ideas fracasan cuando son probadas en animales. El número de combinaciones posibles de tipos celulares, factores y biomateriales es inmenso, por lo que sería de gran ayuda establecer plataformas que permitan identificar las combinaciones óptimas para la obtención de características clave, como podría ser la capacidad angiogénica, o la inducción de la diferenciación celular a un determinado linaje. En esta tesis se demuestra el gran potencial de la imagen bioluminescente no invasiva (BLI) para analizar las interacciones célula?scaffold in vivo. BLI permite monitorizar en tiempo real el número de células y su distribución en el scaffold, así como cambios en la expresión de ciertos genes mediante el uso de promotores inducibles tejido?específicos. Esto proporciona información muy útil sobre el comportamiento in vivo del scaffold y sobre qué características deberían ser mejoradas para obtener los resultados deseados. Combinando esta información en tiempo real con otras tecnologías de imagen es posible obtener una visión completa sobre el comportamiento del material. Como “prueba de principio” de la aplicación de BLI para la evaluación de scaffolds para reparación tisular se han utilizado dos materiales muy diferentes, desarrollados por nuestros colaboradores. En el primer caso se ha demostrado la capacidad angiogénica de un nuevo material compuesto de ácido poliláctico (PLA) y vidrio de fosfato cálcico (CaP). Los resultados de BLI, que muestran que la inclusión de las partículas de CaP mejora la capacidad angiogénica del material, fueron validados mediante inmunohistoquímica. En el segundo caso se ha evaluado un scaffold de fibrina diseñado para liberar factores de crecimiento (GFs) utilizando un modelo murino de regeneración ósea. Los resultados de BLI mostraron que este scaffold induce la diferenciación osteoblástica, pero no endotelial, en células mesenquimales (MSCs) centinela. Estos resultados fueron corroborados mediante ?CT, que mostró que la liberación de GFs da lugar no sólo a la formación de hueso más grueso, sino también a la formación de estructuras vasculares más densas. Mediante la combinación de BLI y ?CT se pudo comprobar que las MSCs centinelas no se diferencian a linaje endotelial pero tienen un papel relevante en la inducción de conexiones intravasculares. Entender la respuesta de las células a cambios físicos (fuerzas de cizalla, hipoxia, etc.) dentro de los scaffolds puede ayudar al desarrollo de scaffolds para aplicaciones específicas. Inspirados por estas consideraciones iniciamos un ambicioso proyecto para desarrolla un minibioreactor para el análisis de las interacciones entre scaffolds y las células sin tener que recurrir a animales vivos. Este biorreactor, basado en la misma plataforma de bioluminiscencia, permite el análisis en tiempo real de la supervivencia y la diferenciación celular dentro de los biomateriales bajo flujo dinámico, pudiendo ser utilizado como paso intermedio entre los estudios in vitro e in vivo, agilizando los ciclos de diseño ? prueba?rediseño de los scaffolds. Por otra parte, los biorreactores son cada vez más importantes en la ingeniería de tejidos ya que permiten la producción segura y reproducible de tejidos para aplicaciones clínicas. Este dispositivo, monitorizado por BLI, puede ser una herramienta muy útil para optimizar la siembra de células en los scaffolds, permitiendo la cuantificación de la supervivencia celular y la visualización de su distribución a lo largo del scaffold bajo condiciones de cultivo customizables. Se ha diseñado un prototipo de biorreactor utilizando un scaffold modelo y se ha utilizado para visualizar satisfactoriamente la siembra de MSCs, su distribución y su supervivencia bajo diferentes condiciones, así como su diferenciación en respuesta a agentes inductores.