En el intrincado universo de la biologÃa celular, donde la comunicación y la colaboración son esenciales para el mantenimiento de la vida, han emergido unas diminutas vesÃculas extracelulares llamadas exosomas. Estas nanopartÃculas no son meros desechos celulares, sino sofisticados vehÃculos de información que viajan entre células, orquestando procesos biológicos fundamentales, incluyendo la asombrosa capacidad de autorregeneración. Considerados cada vez más como la clave para desentrañar y potenciar los mecanismos endógenos de reparación y renovación celular, los exosomas están revolucionando nuestra comprensión de la fisiologÃa y abriendo nuevas avenidas terapéuticas.
¿Qué son los exosomas?
Los exosomas son vesÃculas extracelulares de tamaño nanométrico, que miden entre 30 y 150 nm de diámetro, y son secretadas por la mayorÃa de los tipos de células. Estas estructuras están delimitadas por una membrana lipÃdica y contienen en su interior una variedad de moléculas bioactivas, incluyendo proteÃnas, lÃpidos y material genético como ARN mensajero (ARNm), ARN micro (miARN) y ADN.
De acuerdo con Raposo & Stoorvogel (2013), los exosomas se originan en el sistema endosomal de la célula. Se forman como vesÃculas intraluminales (ILVs) dentro de los cuerpos multivesiculares (MVBs). Cuando los MVBs se fusionan con la membrana plasmática, estas ILVs se liberan al espacio extracelular, convirtiéndose en exosomas.
¿Qué funciones cumplen los exosomas?
Originalmente, grandes investigadores, como Johnstone et al. (1987), hicieron referencia a la creencia de que los exosomas eran simplemente un mecanismo para que las células se deshicieran de componentes innecesarios. Sin embargo, investigaciones posteriores, como indican Valadi et al, (2007), revelaron que desempeñan un papel crucial en la comunicación intercelular. Los exosomas actúan como vehÃculos de transporte de moléculas bioactivas entre células, influyendo en la fisiologÃa y el comportamiento de las células receptoras. Sus funciones principales incluyen:
- Transferencia de información genética. Pueden transportar ARNm y miARN, que al ser internalizados por las células receptoras, pueden alterar la expresión génica en estas células.
- Transmisión de señales. Las proteÃnas presentes en la superficie de los exosomas pueden interactuar con receptores en las células diana, activando vÃas de señalización intracelular.
- Modulación de la respuesta inmune. Los exosomas derivados de células inmunitarias pueden presentar antÃgenos y modular la actividad de otras células del sistema inmune.
- Participación en procesos patológicos. Hay estudios como los de Thery et al. (2009), en los cuales se ha demostrado que los exosomas están involucrados en la progresión del cáncer, la metástasis, la neurodegeneración y otras enfermedades.
- Regeneración tisular. Los exosomas, especialmente los derivados de células madre, tienen la capacidad de promover la reparación y regeneración de tejidos dañados, una función de gran importancia.
Aplicaciones de los exosomas en el proceso de regeneración celular
Las aplicaciones de los exosomas en el campo de la regeneración celular son amplias y están en constante expansión, abriendo gran cantidad de posibilidades terapéuticas para gran cantidad de condiciones médicas. Su capacidad para influir en los procesos celulares clave involucrados en la reparación y renovación de tejidos los convierte en una herramienta poderosa en la medicina regenerativa. A continuación se presentan algunas de las aplicaciones más relevantes.
Curación de heridas
Los exosomas, han demostrado acelerar la curación de heridas crónicas, quemaduras y úlceras diabéticas.
Liew et al. (2017) indica que los exosomas promueven la proliferación y migración de queratinocitos y fibroblastos, estimulan la angiogénesis para mejorar el suministro de nutrientes y oxÃgeno, reducen la inflamación y modulan la deposición de la matriz extracelular para una cicatrización óptima.
Regeneración ósea y cartilaginosa
De igual forma, los exosomas se están investigando para la reparación de fracturas óseas, la regeneración del cartÃlago en la osteoartritis y el tratamiento de defectos óseos. El proceso permite la estimulación de células madre en osteoblastos y condrocitos, esto ayuda a promover la formación de matriz ósea y cartilaginosa, e inhibir la actividad de las células que degradan el cartÃlago.
Reparación cardiovascular
Los estudios demuestran que los exosomas tienen potencial para tratar el daño cardÃaco después de un infarto de miocardio, la insuficiencia cardÃaca y otras enfermedades cardiovasculares. Ibrahim et al. (2014) indican que pueden proteger a los cardiomiocitos del daño isquémico y la apoptosis, promover la angiogénesis en el tejido cardÃaco dañado, reducir la fibrosis y estimular la proliferación de células cardÃacas residentes.
Regeneración neurológica
De igual manera, se están explorando los exosomas para el tratamiento de lesiones de la médula espinal, accidentes cerebrovasculares, enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson, y la esclerosis múltiple.
Los exosomas pueden atravesar la barrera hematoencefálica, entregar factores neurotróficos, reducir la inflamación neuronal, promover la supervivencia neuronal y estimular la neurogénesis, según lo señala Liao et al. (2023).
Regeneración de órganos
La investigación preclÃnica sugiere el potencial de los exosomas para la regeneración de órganos como el hÃgado y los riñones después de una lesión. Algunos estudios señalan que, pueden promover la proliferación de células parenquimatosas, reducir la fibrosis y modular la respuesta inmune para facilitar la reparación del tejido orgánico.
IngenierÃa de tejidos
Los exosomas pueden utilizarse para mejorar la biocompatibilidad y la funcionalidad de los andamios utilizados en la ingenierÃa de tejidos, promoviendo la adhesión, proliferación y diferenciación celular en el sitio de implantación.
Al impregnar los andamios con exosomas cargados con factores de crecimiento y otras moléculas bioactivas, se puede crear un microambiente más favorable para la regeneración.
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Fuentes:
- Ibrahim, H. A. E., Marbán, E., & Malliaras, K. (2014). Exosomes as novel therapeutic agents for cardiac regeneration. Stem Cell Research & Therapy, 5(4), 85.
- Johnstone, R. M., Adam, M., Hammond, J. W., Orr, L., & Turbide, C. (1987). Vesicle formation during reticulocyte maturation. Association of plasma membrane activities with released vesicles (exosomes). The Journal of Biological Chemistry, 262(19), 9412-9420.
- Liao, Z., Luo, X., Zhang, Y., Jiang, R., Li, J., Zhou, H., … & Zhang, Z. (2023). Mesenchymal stem cell-derived exosomes: promising therapeutic strategy for spinal cord injury. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 11, 1135341.
- Liew, A., Kang, S. G., & Hwang, J. K. (2017). Mesenchymal stem cell-derived exosomes: a promising therapeutic strategy for cutaneous wound healing. International Journal of Molecular Sciences, 18(10), 2037.
- Raposo, G., & Stoorvogel, W. (2013). Extracellular vesicles: exosomes, microvesicles, and friends. Journal of Cell Biology, 200(4), 373-383.
- Thery, C., Amigorena, S., Raposo, G., & Clayton, A. (2009). Isolation and characterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids. Current Protocols in Cell Biology, 3(1), 3-22.
- Valadi, H., Ekström, K., Bossios, A., Sjöstrand, M., Lee, J. J., & Lötvall, J. O. (2007). Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells. Nature Cell Biology, 9(6), 654-659.