Los pulmones humanos, como todos los órganos, comienzan a existir como grupos de células madre indiferenciadas. Pero en cuestión de meses, las células se organizan. Se juntan, se ramifican y florecen, algunas forman vías respiratorias y otras alvéolos, los delicados sacos dondenuestros cuerpos intercambian oxígeno por dióxido de carbono. El resultado final, idealmente: dos pulmones sanos que respiran.
Durante años, los científicos que estudian enfermedades pulmonares como la fibrosis quística han intentado rastrear este proceso en detalle, de principio a fin, con la esperanza de que comprender cómo se forman los pulmones normalmente puede ayudar a explicar cómo van las cosas mal. Ahora, los científicos de la Universidad de BostonEl Centro de Medicina Regenerativa CReM ha anunciado dos hallazgos importantes que amplían nuestra comprensión de este proceso: la capacidad de crecer y purificar los primeros progenitores pulmonares que emergen de las células madre humanas, y la capacidad de diferenciar estas células en pequeñas "broncosferas" quemodelo de fibrosis quística. Los investigadores esperan que los resultados, publicados por separado en el Revista de investigación clínica y Célula madre celular , conducirá a nuevos enfoques de "medicina personalizada" para tratar la enfermedad pulmonar.
"La clasificación de estas células para la pureza es realmente difícil e importante", dice Darrell Kotton, director de CReM y coautor principal de ambos documentos, con Brian Davis de UTHealth en la Universidad de Texas ". Es el primer paso para intentarpredecir cómo un individuo podría responder a los tratamientos existentes o nuevos medicamentos "
"Hay una larga lista de enfermedades pulmonares para las cuales no existen tratamientos distintos al trasplante pulmonar", agregó Kotton, cuyo trabajo es financiado por los Institutos Nacionales de Salud NIH, la Fundación de Fibrosis Quística y las Ciencias de la Vida de MassachusettsCentro: "Es de vital importancia desarrollar nuevas herramientas para comprender estas enfermedades".
Los científicos de CReM trabajan con células madre pluripotentes inducidas, o iPSCs, que fueron descubiertas por Shinya Yamanaka en 2006. Yamanaka descubrió cómo tomar una célula adulta en el cuerpo humano, como una célula sanguínea o una célula de la piel, y "reprogramar"se convierte en una célula madre con la capacidad de crecer en cualquier órgano. En los últimos años, varios grupos de científicos han cultivado células pulmonares de iPSC humanas, pero las recetas no son perfectas: las células pulmonares resultantes crecen en medio de una mezcla de hígadocélulas, células intestinales y otros tejidos.
"Ese es un gran problema", dice Finn Hawkins, profesor asistente de medicina de la Facultad de Medicina de BU MED y parte del equipo de CReM. Hawkins es coautor principal del Revista de investigación clínica papel, junto con Philipp Kramer, anteriormente de UTHealth. "Si desea usar estas células para estudiar el pulmón, debe deshacerse de esas otras".
Primero, Hawkins necesitaba una forma de identificar las células pulmonares. El trabajo previo de Kotton y otros científicos de CReM demostró que las células madre de ratones expresan un gen llamado Nkx2-1 en la "decisión del destino", en el momento en que se convierten en células pulmonares."Ese es el primer gen que aparece que dice: 'Soy una célula pulmonar'", dice Hawkins. Kotton construyó un gen reportero que brilló en verde cuando las células madre expresaron Nkx2-1 por primera vez, y Hawkins diseñó el mismo gen en humanos.células. Ahora, él podría detectar y purificar fácilmente las brillantes células pulmonares verdes.
Utilizando un citómetro de flujo, Hawkins y sus colegas separaron las células verdes de la mezcla, luego las cultivaron en una matriz. El resultado: pequeñas esferas verdes de aproximadamente medio milímetro de ancho, "una población de células pulmonares tempranas puras"dice Hawkins. El equipo llama a las pequeñas esferas "organoides", versiones simplificadas y miniaturizadas de un órgano, que contienen tipos clave de células pulmonares. Los organoides son herramientas y sirven al menos para dos propósitos importantes. Primero, permiten a los científicos estudiar,en detalle, una coyuntura crítica en el desarrollo pulmonar humano de la que se sabe muy poco. "Descubrimos que muchos de los genes que controlan el desarrollo pulmonar en otras especies, como los ratones, también se expresan en estas células humanas", dice Hawkins.
Los organoides también tienen otro propósito: los científicos pueden convertirlos en tipos de células más maduras y específicas, como las células de las vías respiratorias o las células alveolares, que son críticas para la función pulmonar. "Ahora podemos comenzar a observar la enfermedad".dice Hawkins. Ahí es donde Katherine McCauley MED'17, candidata a doctorado de quinto año en CReM, entra en escena.
El interés de McCauley es la fibrosis quística, una enfermedad causada por mutaciones en un solo gen, CFTR. La mutación hace que los pulmones de una persona produzcan un moco espeso y viscoso que provoca infección, inflamación y, finalmente, insuficiencia pulmonar. Para muchos pacientes, no hay una cura.
McCauley, mirando las primeras etapas de la enfermedad, quería llevar las células pulmonares purificadas de Hawkins al siguiente paso y descubrir cómo se convirtieron en células de las vías respiratorias. A través de muchos experimentos minuciosos, se concentró en una vía de señalización llamada Wnt, conocidaser importante en el desarrollo pulmonar del ratón. Al desactivar la vía, guió a las células pulmonares inmaduras para que se convirtieran en células de las vías respiratorias. Luego, las convirtió en pequeñas bolas de células, a las que llamó "broncosferas".
Al igual que los organoides de Hawkins, las broncosferas no actúan como un bronquio; son simplemente una colección de células específicas. Pero su especificidad las hace exquisitamente útiles. "Queríamos ver si podíamos usarlas para estudiar enfermedades de las vías respiratorias".dice McCauley. "Ese es uno de los grandes objetivos: diseñar estas células de los pacientes y luego usarlas para estudiar las enfermedades de esos pacientes".
Como prueba de concepto, McCauley obtuvo dos líneas celulares de un paciente con fibrosis quística, una en la que se corrigió la mutación CFTR que causó la enfermedad y otra en la que no, y las convirtió en broncosferas.para ver si su receta funcionaba, realizó una prueba, aplicando un medicamento que debería hacer que las esferas hechas de células normales y funcionales se llenaran de líquido. Funcionó: las broncosferas "fijas" comenzaron a hincharse, mientras que las esferas de fibrosis quística no reaccionaron"Lo bueno es que medimos esto usando microscopía de alto rendimiento, y luego calculamos el cambio en el área con el tiempo", dice McCauley, quien publicó estos resultados en Célula madre celular y es el autor principal del estudio. "Entonces, ahora podemos evaluar la función CFTR de forma cuantitativa"
El siguiente paso, dice McCauley, es mejorar la prueba, ampliarla y crear pruebas similares para otras enfermedades pulmonares. "El objetivo final es tomar células de un paciente y luego examinar diferentes combinaciones de medicamentos".Ella dice: "La idea de que podríamos tomar las células de un paciente y analizar no veinte, sino cientos o miles de medicamentos, y realmente entender cómo iba a responder el paciente antes de que incluso le demos el tratamiento, es solo una idea increíble".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Boston . Original escrito por Barbara Moran. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
Cita esta página :