Diferenciació cel•lular en la regeneració tissular monitoritzada per procediments d’imatge no invasius

Abstract

La pèrdua o mal funcionament d’un òrgan o teixit és un dels problemes més freqüents i costosos de la sanitat humana. En conseqüència, la necessitat de substituir, reemplaçar, o reparar teixits i òrgans degut a malalties o traumes, esdevé una necessitat present i de futur. Actualment, les teràpies clíniques que es duen a terme per tal de substituir un teixit no funcional presenten grans limitacions i no ofereixen una recuperació totalment satisfactòria. Davant d’aquesta necessitat, ha sorgit el que es coneix com l’Enginyeria de teixits (ET), que representa una nova aproximació terapèutica per salvar les deficiències observades en les teràpies actuals. L’ET es defineix com un emergent i interdisciplinari camp que aplica els principis de la biologia i l’enginyeria per al desenvolupament de substituts viables per restaurar, mantenir i millorar el funcionament de teixits humans. Amb aquesta finalitat, l’ET utilitza diferents eines com són les cèl•lules, els polímers i els reguladors químics i físics. L'aplicació de tècniques d’anàlisi eficients que ens permetin estudiar totes les variables possibles en ET amb una fiabilitat, cost i temps òptims, esdevé de vital importància. Una d’aquestes tècniques d’anàlisi són les plataformes d’imatge, concretament les tècniques d’imatge molecular no invasives mitjançant la bioluminescència, que ens permeten el seguiment i anàlisi molecular en temps real en organismes vius, amb un cost econòmic no excessivament elevat i un estalvi de temps i recursos considerables si es compara amb altres tècniques clàssiques. La imatge per bioluminescència no invasiva es basa en la detecció de la llum emesa per cèl•lules o teixits dins un animal viu, prèviament marcades amb gens que expressen fotoproteines sota el control transcripcional del promotor d’un gen específic. L’anàlisi de les imatges obtingudes, ens permet determinar tan la localització, supervivència i estat de diferenciació. En el treball presentat, es desenvolupa un sistema de marcatge permanent amb diferents gens traçadors, que ens permet tant una selecció cel•lular com un monitoratge no invasiu in vitro i in vivo de l'estat cel•lular i la diferenciació cel•lular. A la vegada, s'aplica aquest sistema d'anàlisi per a l'estudi de diferents tipus cel•lular i polímers per a la regeneració de lesions en el teixit cardíac

The objective of tissue engineering (TE) is the production of functional tissue replacements using biological and synthetic materials, often in combination with cells and suitable biochemical factors. Development of materials for bioengineering purposes requires the analysis of multiple of these elements interacting in complex manners. Thus, agile analytical procedures for in vivo evaluation of cell-material interactions would allow development strategies based on iterative cycles of “material production-modification followed by in vivo testing”. The main aim of the current work is to use non-invasive bioluminescence imaging (BLI) as analytical procedure to monitor the behavior of cells seeded into biomaterial. Due to the capacity of visible light photons to transverse living tissues, BLI allows low cost, real-time location monitoring, proliferation and differentiation of luciferase expressing cells in living tissues. By using tissue specific promoters to regulate expression of luciferase reporters introduced in living cells, changes in promoter activity translate into measurable changes in photon fluxes that correlate with transcriptional activity. We show that this is a convenient and sensitive strategy to non-invasively monitor changes in tissue specific gene expression during osteogenesis model and hearth healing in vivo that also facilitates subsequent histological validation through fluorescence imaging.