La elasticidad similar a la goma de la piel, que se contrae a su forma original después de estirarse, es clave para el desarrollo de pelos y glándulas sudoríparas regularmente espaciadas durante el desarrollo, según una nueva investigación de la Universidad de California, Berkeley.
Los hallazgos, que provienen de experimentos sobre cómo la piel de pollo genera plumas a medida que el embrión se desarrolla dentro del huevo, podrían proporcionar consejos sobre cómo cultivar piel artificial para injertos que se parece a la piel humana normal, completa con folículos pilosos y poros sudorosos.la tensión correcta en la piel en crecimiento podría establecer estas estructuras organizadas sin la necesidad de agregar productos químicos para desencadenarlas.
La investigación es la primera en vincular el suave tira y afloja entre las células a medida que un organismo crece hacia los genes específicos que se activan para hacer que las células se diferencien en diferentes tipos de células, convirtiendo una célula cutánea genérica, por ejemplo, en una célula folicular especializada- y eventualmente una pluma.
"Las células de la piel en el embrión se tiran unas sobre otras y eventualmente se juntan en pequeñas pilas que se convierten en folículo", dijo la embrióloga Amy Shyer, becaria posdoctoral de Miller en el Departamento de Molecular de UC Berkeleyy Biología Celular ". Lo que es realmente clave es que no existe un programa genético particular que establezca este patrón. Todas estas células son inicialmente iguales y tienen el mismo programa genético, pero su comportamiento mecánico produce una diferencia en elcélulas acumuladas que activan un interruptor, formando un patrón de folículos en la piel "
Shyer y Alan Rodrigues, biólogo independiente y ex erudito visitante de UC Berkeley, son los primeros autores de un artículo sobre los hallazgos publicados en línea el 13 de julio por la revista ciencia .
La investigación conecta dos escuelas de pensamiento acerca de cómo surge la complejidad compleja de un organismo. Una es que el plan corporal completo de un organismo está determinado por un programa genético que comienza en la concepción y dicta el destino de cada célula. La otra, una idea más antiguaes que las interacciones entre las células y las cosas en las que crecen son clave para determinar su destino: en la piel, por ejemplo, si se convierten en células de las glándulas sudoríparas o en células ciliadas, o si permanecen como células de la piel.
"Una de nuestras afirmaciones clave es que la especificación de este patrón no está codificada directamente en el genoma; no hay un potenciador que diga que te convertirás en un folículo y no lo eres, que es la forma en que mucha gentea menudo pienso en ello ", dijo Rodrigues. Los potenciadores son tramos cortos de ADN aguas arriba de un gen que regula la expresión del gen.
En el estudio, Shyer y Rodrigues probaron diferentes tipos de materiales sobre los cuales cultivar piel tomada de huevos de gallina de una semana de edad, utilizando sustratos artificiales que imitan la rigidez de los tejidos que subyacen a la piel del ave. Muchos de estos materiales se generaronpor la estudiante graduada Elena Kassianidou en el laboratorio de Sanjay Kumar, profesora de bioingeniería de UC Berkeley que investiga el papel de las fuerzas mecánicas en la biología del cáncer y las células madre. Ambos son coautores del estudio.
Cuando transfirieron un trozo de piel, la epidermis externa y la dermis subyacente, a estos materiales, descubrieron que cuando las células de la dermis podían tirar fuertemente contra el sustrato, tendían a agruparse de manera uniforme.manchas espaciadas en toda la piel. Estos agregados exprimieron las células adyacentes en la epidermis suprayacente, lo que activó los genes en esas células que las convirtieron en un folículo de plumas. El resultado: una serie ordenada de folículos, como en los pollos normales.
Cuando el material del sustrato era demasiado rígido o demasiado blando para que las células empujaran y empujaran contra él, las células dérmicas se agruparon en un solo grupo, apretando la epidermis para producir un solo folículo.
Dentro del rango ideal de rigidez del sustrato, los materiales más rígidos produjeron folículos más apretados, lo que podría explicar el hecho de que las plumas están espaciadas de manera diferente en diferentes partes del pollo.
"Esta resistencia a la fuerza de tracción, llamada tracción, es clave para formar muchos agregados, ya que limita la distancia que las células pueden moverse", dijo Shyer. "Sin la resistencia, las células se tirarían fuertemente entre sí y se moverían librementeen un gran agregado "
"La tensión fundamental entre las células que desean agruparse y su límite que las resiste es lo que le permite crear una matriz espaciada de patrones, de manera emergente", agregó Rodrigues.
La piel se obtuvo de embriones de pollo en un momento de su desarrollo análogo a aproximadamente un mes de gestación en humanos, un punto en el que el embrión humano se parece más a otros animales, desde pollos y tortugas hasta ratones y humanos, ShyerEste es también el punto donde los contornos ásperos de los órganos internos comienzan a diferenciarse y parecerse, por ejemplo, a un corazón, pulmón o hígado.
"Esto sugiere que los principios que hemos descubierto en esta etapa en particular están altamente conservados en todos los animales y podrían ser un mecanismo básico", dijo Rodrigues.
Los investigadores también descubrieron que apretar las células epidérmicas empujó una proteína, la beta-catenina, que normalmente se encuentra en la superficie de la célula epidérmica, haciendo que se reubique en el núcleo. Allí activó un interruptor que inició el programa genético para hacer cadagrupo de células se diferencian en un folículo de plumas.
En términos de aplicación, Rodrigues dijo: "Nos hemos vuelto realmente buenos tomando células madre y haciéndolas progresar a diferentes destinos, pero no somos buenos para controlar de manera limpia cómo esas células se organizan en estructuras únicas a medida que se diferencian".Necesitan adoptar el destino correcto, pero también la arquitectura correcta.
"Descubrir cómo lograr el destino y la arquitectura correctos al mismo tiempo es algo que los embriones ya han resuelto. Estamos presentando los principios de diseño que el embrión está usando y que podrían usarse para repensar la forma en que hacemos ingeniería de tejidos en unplato, específicamente pensando en cómo la mecánica y las decisiones del destino celular están trabajando juntas "
Un colaborador clave de la investigación, y el segundo autor del artículo, fue el estudiante universitario Grant Schroeder, quien en mayo ganó el máximo honor de UC Berkeley por su graduación, la Medalla Universitaria del campus.
"Sus experimentos clave ... nos abrieron una nueva área temática de exploración, que usamos como base" para una subvención de $ 1 millón de los Institutos Nacionales de Salud, Shyer escribió en una carta recomendando a Schroeder para el premio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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