Un equipo liderado por UCSF ha desarrollado una técnica para construir pequeños modelos de tejidos humanos, llamados organoides, más precisamente que nunca antes utilizando un proceso que convierte las células humanas en un equivalente biológico de ladrillos LEGO. Estos mini-tejidos en un recipiente puedense puede usar para estudiar cómo las características estructurales particulares de los tejidos afectan el crecimiento normal o salen mal en el cáncer. Pueden usarse para la detección terapéutica de medicamentos y para ayudar a enseñar a los investigadores cómo cultivar órganos humanos enteros.
La nueva técnica, llamada Asamblea de células programadas de ADN DPAC e informada en la revista Métodos de la naturaleza el 31 de agosto de 2015: permite a los investigadores crear conjuntos de miles de organoides diseñados a medida, como modelos de glándulas mamarias humanas que contienen varios cientos de células cada uno, que se pueden construir en cuestión de horas.
Existen pocos límites para los tejidos que esta tecnología puede imitar, dijo Zev Gartner, PhD, autor principal del artículo y profesor asociado de química farmacéutica en la UCSF. "Podemos tomar cualquier tipo de célula que queramos y programar justo donde va.Podemos controlar con precisión quién habla con quién y quién toca a quién en las primeras etapas. Las células siguen estas señales espaciales inicialmente programadas para interactuar, moverse y convertirse en tejidos con el tiempo ".
"Una aplicación potencial", dijo Gartner, "sería que en los próximos años, podríamos estar tomando muestras de diferentes componentes de la glándula mamaria de un paciente con cáncer y construyendo un modelo de su tejido para usar como un examen de drogas personalizadoplataforma. Otra es usar las reglas de crecimiento de tejido que aprendemos con estos modelos para que algún día crezcan órganos completos ".
Nuestros cuerpos están formados por más de 10 billones de células de cientos de diferentes tipos, cada una de las cuales juega un papel único en mantenernos vivos y saludables. La forma en que estas células se organizan estructuralmente en diferentes sistemas de órganos les ayuda a coordinar sus comportamientos increíblemente diversosy funciones, manteniendo toda la máquina biológica funcionando sin problemas. Pero en enfermedades como el cáncer de mama, la descomposición de este orden se ha asociado con el rápido crecimiento y la propagación de tumores.
"Las células no son pequeños autómatas solitarios", dijo Gartner. "Se comunican a través de redes para tomar decisiones grupales. Como en cualquier organización compleja, realmente es necesario que la estructura del grupo sea correcta para tener éxito, como han descubierto muchas corporaciones fallidasEn el contexto de los tejidos humanos, cuando la organización falla, prepara el escenario para el cáncer ".
Pero estudiar cómo las células de tejidos complejos como la glándula mamaria se autoorganizan, toman decisiones como grupos y se descomponen en la enfermedad ha sido un desafío para los investigadores. El organismo vivo a menudo es demasiado complejo para identificar las causas específicas de un caso en particularcomportamiento celular. Por otro lado, las células en un plato carecen del elemento crítico de una estructura tridimensional realista.
"Esta técnica nos permite producir componentes simples de tejido en un plato que podemos estudiar y manipular fácilmente", dijo Michael Todhunter, PhD, quien dirigió el nuevo estudio con Noel Jee, PhD, cuando ambos eran estudiantes graduados en la investigación de Gartnergrupo "Nos permite hacer preguntas sobre tejidos humanos complejos sin necesidad de hacer experimentos con humanos".
Para especificar la estructura tridimensional de sus organoides, el equipo de Gartner utiliza una molécula familiar: el ADN. Los investigadores incuban las células con pequeños fragmentos de ADN monocatenario diseñados para deslizarse en las membranas externas de las células, cubriendo cada célula comolos pelos en una pelota de tenis. Estas cadenas de ADN actúan como una especie de velcro molecular y como un código de barras que especifica dónde pertenece cada célula dentro del organoide. Cuando dos células incubadas con cadenas de ADN complementarias entran en contacto, se adhieren rápidamente.las secuencias de ADN no coinciden, las células flotan cerca. Las células pueden incubarse con varios conjuntos de códigos de barras de ADN para especificar múltiples parejas permitidas.
Para convertir estos LEGO celulares en conjuntos de organoides que se pueden usar para la investigación, el equipo de Gartner coloca las células en capas, con múltiples conjuntos de células diseñadas para adherirse a parejas particulares. Esto no solo les permite construir componentes complejos de tejidocomo la glándula mamaria, pero también para experimentar específicamente agregando una sola célula con una mutación conocida de cáncer a diferentes partes del organoide para observar sus efectos.
Para demostrar la precisión de la técnica y su capacidad de generalizar a muchos tipos de tejidos humanos diferentes, el equipo de investigación creó varias matrices de organoides de prueba de principio que imitan los tejidos humanos, como la vasculatura ramificada y las glándulas mamarias.
En un experimento, los investigadores crearon conjuntos de células epiteliales mamarias y preguntaron cómo la adición de una o más células que expresan niveles bajos del gen del cáncer RasG12V afectaba a las células que las rodeaban. Descubrieron que las células normales crecen más rápido cuando están en un organoide con células que expresanRasG12V a niveles bajos, pero requirió más de una célula mutante para impulsar este crecimiento anormal.También encontraron que colocar células con baja expresión de RasG12V al final de un tubo de células normales permitió que las células mutantes se ramificaran y crecieran, dibujando normalcélulas detrás de ellos como un brote en la punta de una rama de árbol en crecimiento.
el grupo de Gartner planea usar la técnica para investigar qué cambios celulares o estructurales en las glándulas mamarias pueden conducir a la ruptura de la arquitectura del tejido asociada con tumores que hacen metástasis, invaden otras partes del cuerpo y amenazan la vida de la paciente. También esperanusar lo que aprenden de modelos simples de diferentes tipos de tejidos para finalmente construir tejidos humanos funcionales como pulmones y riñones y circuitos neuronales utilizando técnicas a mayor escala.
"Construir modelos funcionales de las redes celulares complejas, como las que se encuentran en el cerebro, es probablemente uno de los desafíos más altos a los que podría aspirar", dijo Todhunter. "DPAC ahora hace posible alcanzar un objetivo elevado como ese".
Los patrocinadores del trabajo incluyen el Programa de Investigación del Cáncer de Mama del Departamento de Defensa, los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Sidney Kimmel y el Programa UCSF en Investigación Biomédica Avanzada.
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Materiales proporcionado por Universidad de California, San Francisco UCSF . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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