Els estudis que utilitzen models in vitro de teixits musculars, sigui en biomedicina o en la indústria cosmètica, depenen en gran manera de models 2D de creixement cel·lular, que no representen el que realment succeeix en el cos humà. Hi ha, per tant, una gran necessitat de models tridimensionals que permetin realitzar estudis fiables i reproduïbles en camps com l’enginyeria de teixits, la modelització de malalties i l’assaig de nous fàrmacs, i la robòtica bio-híbrida (combinació de teixits vius i robots).
Ara, gràcies a l’enginyeria de teixits i la bioimpressió 3D, investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) liderats per Samuel Sánchez, professor d’investigació ICREA i investigador principal del grup “Nano-Bio Smart Devices“, han desenvolupat una nova plataforma 3D amb músculs esquelètics humans que imiten teixits reals. Aquest nou enfocament permetrà estudiar amb detall tant el desenvolupament dels músculs com les malalties que pateixen, així com permetre una avaluació fiable de fàrmacs i cosmètics. El treball s’ha realitzat en col·laboració amb l’empresa Lubrizol i s’ha publicat recentment a la revista Biofabrication.
El nou model muscular en 3D
El nou model tridimensional de teixit muscular desenvolupat per investigadors de l’IBEC és capaç d’imitar l’estructura 3D del teixit natiu. A més, proporciona informació quantitativa sobre la generació de força i patrons de contracció muscular a través d’estímuls elèctrics amb elèctrodes de carboni fabricats pels mateixos investigadors.
Per generar el nou múscul, els investigadors van començar a partir de mioblasts, precursors de cèl·lules musculars, juntament amb una barreja de diferents components que simula el medi extracel·lular i ajuda a donar forma i estructura 3D al nou teixit.
L’ús de cèl·lules humanes en la nova plataforma, a més de proporcionar fiabilitat i precisió, té altres avantatges com la possibilitat de personalització a partir de cèl·lules pacients, i de prescindir de l’ús d’animals per a l’experimentació, eliminant les implicacions ètiques que comporta.
Aquest model ofereix la versatilitat i flexibilitat necessàries en enfocaments multidisciplinaris per entendre el desenvolupament muscular i la seva resposta a diferents tractaments.
La nova plataforma és ideal per avaluar fàrmacs i cosmètics i entendre com afecten el múscul i controlar el seu comportament.
Rafael Mestre, primer coautor de l’estudi (IBEC).
Prova de concepte: l’envelliment muscular
La possibilitat d’estudiar l’envelliment muscular en una plataforma 3D té molta rellevància per a la indústria cosmètica, ja que està estretament relacionada amb alteracions funcionals i fisiològiques dels músculs facials. En la prova de concepte per simular l’envelliment muscular, els investigadors van utilitzar el factor de necrosi tumoral α (TNF-α), una petita proteïna del grup de les citocines, relacionada, entre d’altres, amb la pèrdua de massa muscular i el to. En tractar el múscul amb TNF-α, els investigadors van observar canvis en la relaxació muscular i una reducció de la força muscular, similar al que s’observa en un procés real d’envelliment.
Finalment, per avaluar la funcionalitat muscular i l’efecte de nous compostos, els investigadors van realitzar proves en col·laboració amb l’empresa Lubrizol. La nova plataforma va permetre corroborar l’eficàcia d’un nou producte cosmètic antiarrugues, Argireline® Amplified peptide, que va mostrar una reducció en la força de contracció muscular i una major relaxació. Des de llavors, el pèptid ha estat introduït en el mercat amb una velocitat excepcional, creant un interès massiu en clients de tot el món, i aconseguint ser present ja en alguns productes finals del mercat.
Amb el nostre model muscular en 3D podrem comprendre aspectes clau de la funció muscular durant l’envelliment i estudiar els processos fisiològics que contribueixen a l’aparició de les arrugues d’expressió, així com les vies necessàries per a reduir-les.
Mauricio Valerio-Santiago, Lubrizol.
Article de referència: 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.
