Los ingenieros biomédicos han desarrollado el primer músculo esquelético humano en funcionamiento a partir de células madre pluripotentes inducidas.
El avance se basa en el trabajo publicado en 2015 cuando los investigadores de la Universidad de Duke cultivaron el primer tejido muscular humano en funcionamiento a partir de células obtenidas de biopsias musculares. La capacidad de comenzar desde el rasguño celular utilizando tejido no muscular permitirá a los científicos cultivar muchas más células musculares, proporcionan un camino más fácil para la edición del genoma y las terapias celulares, y desarrollan modelos individualizados de enfermedades musculares raras para el descubrimiento de fármacos y estudios de biología básica.
Los resultados aparecen en línea el martes 9 de enero en Comunicaciones de la naturaleza .
"Comenzar con células madre pluripotentes que no son células musculares, pero pueden convertirse en todas las células existentes en nuestro cuerpo, nos permite cultivar un número ilimitado de células progenitoras miogénicas", dijo Nenad Bursac, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Duke ".Estas células progenitoras se parecen a las células madre musculares adultas llamadas 'células satélite' que teóricamente pueden hacer crecer un músculo completo a partir de una sola célula ".
En su trabajo anterior, Bursac y su equipo comenzaron con pequeñas muestras de células humanas obtenidas de biopsias musculares, llamadas "mioblastos", que ya habían progresado más allá de la etapa de células madre pero aún no se habían convertido en fibras musculares maduras.mioblastos por muchos pliegues y luego póngalos en un andamio 3-D de apoyo lleno de un gel nutritivo que les permitió formar fibras musculares humanas alineadas y funcionales.
En el nuevo estudio, los investigadores comenzaron con células madre pluripotentes inducidas por humanos. Estas son células extraídas de tejidos adultos no musculares, como la piel o la sangre, y reprogramadas para volver a un estado primordial. Las células madre pluripotentes son entoncescrecido mientras se inunda con una molécula llamada Pax7, que indica que las células comienzan a convertirse en músculo.
A medida que las células proliferaron, se volvieron muy similares a las células madre musculares adultas, aunque no tan robustas como ellas. Si bien los estudios anteriores habían logrado esta hazaña, nadie ha podido hacer crecer estas células intermedias para que funcionen en el músculo esquelético.
Los investigadores de Duke tuvieron éxito donde los intentos anteriores habían fallado.
"Han llevado años de prueba y error, hacer conjeturas educadas y dar pequeños pasos para finalmente producir músculo humano funcional a partir de células madre pluripotentes", dijo Lingjun Rao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Bursac y primer autor del estudio.la diferencia son nuestras condiciones únicas de cultivo celular y la matriz tridimensional, que permitió que las células crecieran y se desarrollaran mucho más rápido y por más tiempo que los enfoques de cultivo 2-D que se usan con mayor frecuencia ".
Una vez que las células estaban en camino de convertirse en músculo, Bursac y Rao dejaron de proporcionar la molécula de señalización Pax7 y comenzaron a darles a las células el apoyo y la nutrición que necesitaban para madurar por completo.
En el estudio, los investigadores muestran que después de dos a cuatro semanas de cultivo en 3-D, las células musculares resultantes forman fibras musculares que se contraen y reaccionan a estímulos externos como pulsos eléctricos y señales bioquímicas que imitan las entradas neuronales al igual que el tejido muscular nativoTambién implantaron las fibras musculares recién desarrolladas en ratones adultos y demostraron que sobreviven y funcionan durante al menos tres semanas mientras se integran progresivamente en el tejido nativo a través de la vascularización.
El músculo resultante, sin embargo, no es tan fuerte como el tejido muscular nativo, y tampoco alcanza el músculo desarrollado en el estudio anterior que comenzó a partir de biopsias musculares. A pesar de esta advertencia, los investigadores dicen que este músculo aún tiene el potencial de que cuanto más fuerte, pariente mayor no.
Las fibras musculares pluripotentes derivadas de células madre desarrollan depósitos de "células satélites" que son necesarias para que los músculos adultos normales reparen el daño, mientras que el músculo del estudio anterior tenía muchas menos células. El método de células madre también escapaz de cultivar muchas más células a partir de un lote inicial más pequeño que el método de biopsia.
Ambas ventajas apuntan a la posibilidad de utilizar este nuevo método para terapias regenerativas y para crear modelos de enfermedades raras para futuros estudios y atención médica individualizada.
"La posibilidad de estudiar enfermedades raras es especialmente emocionante para nosotros", dijo Bursac. "Cuando los músculos de un niño ya se están marchitando de algo como la distrofia muscular de Duchenne, no sería ético tomar muestras de ellos y causar más daños. Pero con esta técnica, podemos tomar una pequeña muestra de tejido no muscular, como la piel o la sangre, revertir las células obtenidas a un estado pluripotente y, finalmente, cultivar una cantidad interminable de fibras musculares funcionales para analizar ".
La técnica también es prometedora para combinarse con terapias genéticas. Los investigadores podrían, en teoría, reparar el mal funcionamiento genético en las células madre pluripotentes inducidas derivadas de un paciente y luego cultivar pequeños parches de músculo completamente sano. Si bien esto no podría curar o reemplazarel valor de todo el cuerpo de músculo enfermo, podría usarse en conjunto con terapias genéticas más ampliamente dirigidas o para curar problemas más localizados.
Los investigadores ahora están perfeccionando su técnica para desarrollar músculos más robustos y comenzando a trabajar para desarrollar nuevos modelos de enfermedades musculares raras.
Video: http://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=2FTPG5ff76I
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud UH3-TR000505, UG3-TR002142, AR065873 y AR070543.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :