Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana han desarrollado con éxito un método para desarrollar piel vellosa a partir de células madre pluripotentes de ratón, un descubrimiento que podría conducir a nuevos enfoques para la enfermedad modelo y nuevas terapias para el tratamiento de los trastornos y cánceres de la piel.
Esta investigación, publicada recientemente en línea en la revista Informes de celda , marca la primera demostración de que los folículos pilosos se pueden cultivar en cultivos de células madre. El estudio fue dirigido por Karl Koehler, PhD, profesor asistente de otorrinolaringología, cirugía de cabeza y cuello en la Facultad de Medicina de IU, y un becario postdoctoral en sulaboratorio, Jiyoon Lee, PhD.
"La piel es un órgano complejo que ha sido difícil de recrear y mantener completamente en cultivo para fines de investigación", dijo el Dr. Koehler, quien explica más en una publicación de blog. "Nuestro estudio muestra cómo fomentar el desarrollo del cabello a partir de un cultivo en laboratoriopiel de ratón, que ha sido particularmente problemática para los investigadores recrear en cultura "
Los hallazgos del Dr. Koehler y su equipo se basan en su trabajo anterior creando una técnica para cultivar células del oído interno a partir de células madre, en la que las células madre de ratón se cultivan en una bola tridimensional y se tratan con moléculas de señalización específicas para convencer a las célulasproduciendo tejido del oído interno. Los investigadores notaron que la piel era un subproducto del proceso de crecimiento del oído interno.
"En el embrión en desarrollo, el oído interno proviene de la misma capa de células que la capa superior de la piel, [la epidermis], por lo que no fue sorprendente que la piel y el tejido del oído interno se formaran en tándem", Dr. Koehler"Nos sorprendió descubrir que la capa inferior de la piel [la dermis] también se desarrolla".
En el estudio actual, el Dr. Koehler y su equipo muestran cómo las células de la epidermis y la dermis forman un grupo de células en forma de esfera, llamado "organoide" de la piel. Las células en los organoides de la piel están organizadas de manera similar a las células de la piel normal,pero de adentro hacia afuera, lo que significa que la capa superior de la piel mira hacia el interior del organoide.
El equipo identificó condiciones de cultivo que permitieron que los organoides de la piel pasaran por las etapas de desarrollo de forma muy similar a la piel en el embrión.
"Después de aproximadamente 20 días, nos sorprendió ver que los organoides de la piel brotaban de los folículos capilares", dijo el Dr. Koehler. "Las raíces de los folículos sobresalen de los organoides de la piel en todas las direcciones".
Los investigadores confirmaron que el momento del desarrollo y la expresión de proteínas clave coinciden estrechamente con el desarrollo de la piel y el cabello en el embrión de ratón. Para validar sus hallazgos, el equipo de IU colaboró con Stefan Heller, PhD, Edward C. y Amy H. Sewall Professorof Otolaryngology-Head and Neck Surgery en la Universidad de Stanford, cuyos miembros de laboratorio confirmaron que la técnica era reproducible con células madre de otras cepas de ratones.
"Además de los principales tipos de células epidérmicas y dérmicas, también encontramos tipos de células especializadas, como melanocitos [células de pigmento], células de Merkel [células sensibles al tacto], adipocitos [células de grasa], células de glándulas sebáceas y tallo del folículo pilosocélulas en organoides ", dijo el Dr. Koehler." Esto es fascinante porque muestra que si derivamos los componentes básicos básicos de la piel juntos en cultivo, entonces estos diversos tipos de células se autoensamblarán solos ".
El Dr. Lee, primer autor del estudio, dijo que estos hallazgos sirven como un plan para cómo hacer desde cero todo el órgano de la piel utilizando células madre.
"Espero que al mejorar los modelos de piel en un plato podamos disminuir en gran medida el sacrificio de animales experimentales y, en última instancia, ayudar a los pacientes con problemas relacionados con la piel a vivir una vida mejor", dijo el Dr. Lee.
El Dr. Koehler dijo que advierte que hay varios obstáculos técnicos que aún tienen que superar para que el modelo de organoides de la piel alcance su máximo potencial como herramienta de descubrimiento de fármacos. Por ejemplo, a los organoides de la piel les faltan células inmunes, vasos sanguíneos yterminaciones nerviosas encontradas en la piel normal.
"La forma de los organoides de la piel es otro problema que debe abordarse en el futuro", dijo. "Debido a que los organoides están al revés en comparación con la piel normal, las capas de células muertas y pelos no pueden desprenderse como estánnormalmente, por lo que necesitamos encontrar una forma de voltear la estructura de los organoides de la piel ".
Sin estos cambios, los organoides de la piel tienen una vida útil de aproximadamente un mes, que es lo suficientemente larga como para estudiar el desarrollo completo de la piel y el cabello del ratón.
Koehler y su equipo utilizan actualmente los organoides del ratón como plantilla para derivar la piel peluda de las células madre pluripotentes humanas. Este trabajo tiene el potencial de conducir a nuevas técnicas de injerto de piel, que incorporan folículos capilares, y terapias para enfermedades humanas,incluyendo alopecia, acné y cánceres de piel.
Los investigadores adicionales en el estudio incluyen a Pei-Ciao Tang, PhD, de la Facultad de Medicina de IU; y Robert Böscke, MD, y Byron Hartman, PhD, de la Universidad de Stanford. El Dr. Böscke se encuentra actualmente en la Universidad de Lübeck.
Esta investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto de Ciencias Clínicas y Traslacionales de Indiana y el Centro de Innovación Biomédica de Indiana.
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Materiales proporcionado por Universidad de Indiana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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