Durante el desarrollo embrionario, todo el sistema nervioso, la piel y los órganos sensoriales emergen de una sola hoja de células conocida como ectodermo. Si bien se han realizado estudios exhaustivos sobre cómo esta hoja forma todos estos derivados, no ha sido posiblepara estudiar el proceso en humanos, hasta ahora.
El biocientífico de Rice, Aryeh Warmflash, el estudiante de posgrado George Britton y sus colegas han creado un sistema en el que todos los principales tipos de células de ectodermo se forman en una placa de cultivo con un patrón similar al que se observa en los embriones.
Esta técnica, basada en el control de la geometría de las colonias de células madre con patrones de microescala, les ha ayudado a realizar el análisis más completo hasta ahora de las vías de señalización que impulsan el patrón del ectodermo humano
"Hay muy pocas señales posibles que utiliza el embrión para generar la amplia variedad de tipos de células que surgen", dijo Britton. Queremos comprender la sincronización de estas señales y cómo las células las interpretan a tiempo para generar esta variedad."
Su estudio fue publicado como artículo destacado en desarrollo , que también publicó una extensa entrevista con los investigadores.
Reveló que el equilibrio entre dos vías de señalización, BMP y Wnt, son críticas, e incluso un poco adaptables, ya que orquestan patrones en el ectodermo. La lógica que emplean finalmente lleva a las células ectodérmicas a su destino, pero la investigación mostró quepuede tomar más de un camino para llegar allí.
Britton dijo que las placas con micropatrones y una mejor comprensión de cómo funcionan las vías de señalización les permitieron manipular las colonias de células madre para formar patrones inusuales al principio, pero al final siempre parecían converger en el mismo lugar. "Encontramos diferentes trayectorias de laseñales que llegaron al mismo patrón ", dijo.
Eso sugirió que el sistema por el cual las células madre se convierten en neuronas, células de la cresta neural, placodas neurogénicas y células de la epidermis es bastante robusto.
"Mucha gente está interesada en la red de factores de transcripción que dirige la aparición de la cresta neural, por lo que este es un sistema poderoso para diseccionar las señales que contribuyen a esa lógica", dijo Britton. "Eso fue algo a lo que sentimos que contribuimosel campo.
"También existe la idea de que las células que tienen la capacidad de interpretar los niveles relativos de BMP y Wnt para incorporar la decisión de destino apropiada", dijo. "En el embrión, las células se mueven bastante en un espacio donde las señales ylos ligandos a los que están expuestos también se mueven. Es posible que las células estén leyendo los niveles relativos para determinar cierto destino ".
Los investigadores observaron que la actividad relativa de la señalización de BMP y Wnt determina las decisiones de las células de convertirse en células de cresta neural o placodales, mientras que BMP por sí sola inicia y controla el tamaño del ectodermo de superficie, todo dentro de los primeros cuatro días.
"Cuatro días es lo correcto en el sentido de que las células están comenzando a tomar decisiones: 'Voy a ser una célula placodal, voy a ser una célula de la cresta neural, voy a ser el destino neuronal yVoy a un destino epidérmico ", dijo Britton.
"Vemos que aproximadamente uno o dos días después del tratamiento con BMP. Pero es difícil saber si estos son los patrones finales", dijo. "Tendríamos que hacer una observación más cuidadosa para asegurarnos de que esos patroneslas células no cambian a células de la cresta neural, o viceversa. Eso nos dará información sobre cómo estos linajes y destinos se establecen en un patrón final, tal vez para el día 6 o 7 ".
Dijo que los estudios futuros perfeccionarán aún más su comprensión de cómo funcionan los patrones de señalización, así como cómo colabora el desarrollo de todas las capas germinales.
"Hasta ahora, los estudios de células madre humanas que se diferencian de destinos ectodérmicos se centraron principalmente en cómo hacer que todas las células de su placa de cultivo se conviertan en un tipo de célula en particular; por ejemplo, cómo hacer una placa llena de neuronas", dijo Warmflash"Estamos interesados en una pregunta diferente: ¿Cómo interactúan las células entre sí para crear patrones de diferentes destinos celulares? El sistema que desarrollamos hace esto fuera del embrión y nos permite comenzar a abordar esta pregunta".
Los coautores del artículo son Idse Heemskerk, ex alumno de Rice, ahora en la Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan, y Rachel Hodge, ahora en UCLA; y Amina Qutub, profesora asociada de ingeniería biomédica en la Universidad de Texas en San Antonio.Warmflash es profesor asistente de biociencias y bioingeniería.
Los Institutos Nacionales de Salud, a través del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales; la Fundación Nacional de Ciencias, el Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas, el programa STARS de la Universidad de Texas y la Fundación Simons apoyaron la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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