Los científicos de EPFL han desarrollado un gel para el crecimiento de órganos corporales miniaturizados que puede usarse en diagnósticos clínicos y desarrollo de fármacos.
Los organoides son órganos en miniatura que se pueden cultivar en el laboratorio a partir de las células madre de una persona. Se pueden usar para modelar enfermedades, y en el futuro podrían usarse para probar medicamentos o incluso reemplazar el tejido dañado en los pacientes. Pero actualmente los organoides son muydifícil de cultivar de una manera estandarizada y controlada, que es clave para diseñarlos y usarlos. Los científicos de EPFL ahora han resuelto el problema desarrollando un "hidrogel" pendiente de patente que proporciona una forma totalmente controlable y sintonizable de producir organoides.publicado en Naturaleza .
Los organoides necesitan un andamio 3D
El crecimiento de los organoides comienza con las células madre: células inmaduras que pueden crecer en cualquier tipo de célula del cuerpo humano y que juegan un papel clave en la función y regeneración de los tejidos. Para formar un organoide, las células madre se cultivan dentro de geles tridimensionales quecontienen una mezcla de biomoléculas que promueven la renovación y diferenciación de células madre.
El papel de estos geles es imitar el entorno natural de las células madre, lo que les proporciona un andamio rico en proteínas y azúcar llamado "matriz extracelular", sobre el cual las células madre construyen tejidos corporales específicos.adherirse al gel de la matriz extracelular y luego "autoorganizarse" en órganos en miniatura como las retinas, los riñones o el intestino. Estos pequeños órganos retienen aspectos clave de su biología de la vida real y pueden usarse para estudiar enfermedades o probar drogas antespasando a las pruebas en humanos.
Pero los geles actuales utilizados para el crecimiento de organoides se derivan de ratones y tienen problemas. Primero, es imposible controlar su composición de un lote a otro, lo que puede hacer que las células madre se comporten de manera inconsistente. Segundo, su complejidad bioquímica los hace muydifícil de ajustar para estudiar el efecto de diferentes parámetros por ejemplo, moléculas biológicas, propiedades mecánicas, etc. en el crecimiento de los organoides. Finalmente, los geles pueden transportar patógenos o inmunógenos, lo que significa que no son adecuados para el crecimiento de organoides.ser utilizado en la clínica
una solución de hidrogel
El laboratorio de Matthias Lütolf en el Instituto de Bioingeniería de EPFL ha desarrollado un "hidrogel" sintético que evita las limitaciones de los geles convencionales derivados naturalmente. El gel con patente pendiente está hecho de agua y polietilenglicol, una sustancia que se usa ampliamente en la actualidad en variosformas, desde cremas para la piel y pastas dentales hasta aplicaciones industriales y, como en este caso, bioingeniería.
Nikolce Gjorevski, el primer autor del estudio, y sus colegas utilizaron el hidrogel para hacer crecer las células madre del intestino en un intestino en miniatura. El hidrogel funcional no solo era un objetivo en sí mismo, sino también un medio para identificar elfactores que influyen en la capacidad de las células madre para expandirse y formar organoides. Al ajustar cuidadosamente las propiedades del hidrogel, descubrieron que las etapas separadas del proceso de formación de organoides requieren diferentes entornos mecánicos y componentes biológicos.
Uno de esos factores es una proteína llamada fibronectina, que ayuda a que las células madre se adhieran al hidrogel. El laboratorio de Lütolf descubrió que este accesorio en sí mismo es inmensamente importante para el crecimiento de los organoides, ya que desencadena una gran cantidad de señales a las células madre que lo indicanpara crecer y construir una estructura similar al intestino. Los investigadores también descubrieron un papel esencial para las propiedades mecánicas, es decir, la rigidez física, del gel en la regulación del comportamiento de las células madre intestinales, arrojando luz sobre cómo las células pueden sentir, procesar y respondera los estímulos físicos. Esta idea es particularmente valiosa, mientras que la influencia de las señales bioquímicas en las células madre es bien entendida, el efecto de los factores físicos ha sido más misterioso.
Debido a que el hidrogel es hecho por el hombre, es fácil controlar su composición química y propiedades clave, y garantizar la consistencia de un lote a otro. Y debido a que es artificial, no conlleva ningún riesgo de infección o desencadena respuestas inmunes.De este modo, proporciona un medio para mover los organoides de la investigación básica a aplicaciones farmacéuticas y clínicas reales en el futuro.
El laboratorio de Lütolf ahora está investigando otros tipos de células madre para extender las capacidades de su hidrogel a otros tejidos.
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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