2.5 Encapsulación celular
La encapsulación celular o la capacidad de los biomateriales para retener células para trasplante es fundamental para la supervivencia celular trasplantada y para que se produzcan sus efectos terapéuticos. Además de la unión celular a la superficie del biomaterial, la suspensión celular en hidrogeles 3D también es una estrategia viable. Los biomateriales que comúnmente se convierten en hidrogeles incluyen colágeno, fibrina, ácido hialurónico (HA), quitosano, alginato y poli(etilenglicol) (PEG) (Ford et al., 2006; Hatami et al., 2009; McCreedy et al., 2014; Mosahebi et al., 2003; Thompson et al., 2018; Zahir et al., 2008). En los últimos años, los hidrogeles han atraído mucha atención como matriz interna para el conducto de guía nerviosa. Los hidrogeles también se pueden usar como andamios independientes, particularmente para SCI, ya que sus propiedades mecánicas coinciden estrechamente con la ECM nativa de la médula espinal (Macaya y Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Al comparar diferentes macroarquitecturas utilizadas para SCI, se demostró que los diseños de camino abierto se desempeñaron mejor que los diseños cerrados, como el cilindro, el tubo y el multicanal, que afectaron negativamente al tejido circundante, duplicando la longitud del defecto (Wong et al., 2008). Teniendo en cuenta que la médula espinal tiene ambas conexiones longitudinales (es decir, tracto espinocerebeloso, tracto corticoespinal, etc.), así como las conexiones laterales entre diferentes tipos de interneuronas y neuronas motoras, es preferible la extensión de la neurita hacia todas las direcciones (Friedman et al., 2002; Kiehn y Butt, 2003). Las propiedades inherentes de los hidrogeles, como ser macroporosos y blandos, permiten intercambios moleculares, adhesión celular y migración que podrían ser potencialmente beneficiosos para la regeneración neuronal (Macaya y Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; Xie et al., 2009; Yuan et al., 2004). Otra gran ventaja de los hidrogeles es su capacidad de inyección. Los materiales inyectables pueden ajustarse fácilmente a la forma de la cavidad de la lesión en la lesión del cordón espinal. Esto elimina la necesidad de acomodar armazones con geometría definida, lo que puede implicar la extracción de tejido sano alrededor del sitio de la lesión. El material inyectable debe solidificarse en condiciones fisiológicas, generalmente en cuestión de minutos, para mantener la encapsulación de las células trasplantadas.
Se deben considerar varios parámetros de diseño para los hidrogeles que se utilizan como plataformas de entrega celular (Macaya y Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Como se mencionó anteriormente, la porosidad, la resistencia mecánica y la tasa de degradación son parámetros de diseño importantes para los biomateriales. El tiempo de gelificación también es crítico para el trasplante celular. En general, se prefiere un proceso de gelificación o reticulación relativamente rápido en condiciones leves para mantener la localización de células encapsuladas y/o agentes terapéuticos y evitar daños adicionales en el sitio de la lesión. Dado que la mayoría de los hidrogeles se entrecruzan a través de desencadenantes químicos o físicos, las células trasplantadas deben ser capaces de sobrevivir en estas condiciones. El reticulador químico puede ser citotóxico, mientras que los desencadenantes físicos pueden implicar el cambio de células a condiciones no fisiológicas (temperatura, pH) que no son favorables para su supervivencia. Los iniciadores químicos y reticuladores necesarios para la formación de hidrogeles no deben afectar negativamente a las poblaciones de células trasplantadas. Especialmente para los hidrogeles inyectables, los reticuladores químicos generalmente no se pueden lavar in vivo ni apagar antes de la implantación. Los métodos comunes de reticulación química incluyen polimerización fotoiniciada, reticulación enzimática y molecular. Las polimerizaciones fotoiniciadas a menudo implican el uso de luz ultravioleta (UV) con una molécula fotoiniciadora. Si bien este método permite una gelificación rápida, la luz UV y el fotoiniciador pueden inducir apoptosis (Hynes et al., 2007). Para los hidrogeles reticulados enzimáticos, es necesario considerar e investigar los efectos de las enzimas en los tipos de células trasplantadas (Yang et al., 2016). Los reticuladores moleculares presentan la ventaja del módulo de corte de ajuste fino y la tasa de degradación (Sundararaghavan et al., 2008); sin embargo, también pueden ser citotóxicos dependiendo de la concentración y de los tipos de células encapsuladas (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). Las estrategias comunes de reticulación física incluyen temperatura, reticulación iónica y sistemas de autoensamblaje. La ventaja de los desencadenantes físicos es que a menudo pueden ocurrir en soluciones acuosas. Los parámetros importantes a considerar son cambios drásticos de temperatura y pH que pueden inducir la muerte celular (Gillette et al., 2008; Wang et al., 2008). Una clase importante de hidrogeles autoensamblables es el hidrogel de adelgazamiento de corte. Los requisitos clave para los hidrogeles de adelgazamiento por cizallamiento son la capacidad de fluir bajo presión moderada, gelificarse rápidamente después de la inyección y mantener una resistencia mecánica suficiente durante el proceso de implantación. La gelificación lenta puede provocar sedimentación de células y fármacos trasplantados. Es importante destacar que los métodos de reticulación física a menudo resultan en hidrogeles débiles con módulos que varían de decenas a cientos de Pa. Este rango corresponde a la resistencia mecánica de la médula espinal, lo que la hace adecuada para la reparación de la lesión del cordón espinal. Sin embargo, tal resistencia mecánica podría no ser suficiente para la reparación de PNI.
Otro problema potencial con el uso de hidrogeles es si los axones regeneradores y las células de soporte pueden remodelar eficientemente los hidrogeles para que sean un entorno permisivo al crecimiento. Estudios anteriores con hidrogeles mostraron que la regeneración de nervios periféricos a largo plazo para defectos subcríticos en ratones (5 mm) se vio comprometida debido al impedimento físico planteado por los hidrogeles sólidos (Madison et al., 1987; Valentini et al., 1987). Esto puede resaltar la importancia de remodelar la matriz utilizando proteasas, como la metaloproteinasa de matriz (MMP) 9, para una regeneración eficiente (Nordstrom et al., 1995; Shubayev y Myers, 2004). Otros estudios exploraron los efectos de la composición de la matriz de colágeno en la diferenciación de ESC murino. Específicamente, la concentración de colágeno afecta la capacidad de los cuerpos embrionarios de los ESC para diferenciarse dentro del armazón (Battista et al., 2005). A altas concentraciones de colágeno, las células no podían migrar y se volvieron apoptóticas, lo que indica una concentración óptima de matriz para la migración celular y el contacto celular–celular es necesario para la supervivencia y diferenciación de las células madre.
