Un sistema automatizado que utiliza robots ha sido diseñado para producir rápidamente mini-órganos humanos derivados de células madre. Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en Seattle desarrollaron el nuevo sistema.
El avance promete ampliar en gran medida el uso de mini-órganos en la investigación básica y el descubrimiento de fármacos, según Benjamin Freedman, profesor asistente de medicina, División de Nefrología, en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, que dirigió el esfuerzo de investigación.
"Esta es una nueva 'arma secreta' en nuestra lucha contra la enfermedad", dijo Freedman, científico del Instituto de Medicina de Células Madre y Medicina Regenerativa de la UW, así como del Instituto de Investigación Renal, una colaboración entre el NoroesteCentros de riñón y UW Medicine.
Un informe que describe la nueva técnica se publicará en línea el 17 de mayo en la revista Célula madre celular . Los autores principales fueron los científicos de investigación Stefan Czerniecki y Nelly Cruz, del laboratorio Freedman, y la Dra. Jennifer Harder, profesora asistente de medicina interna, División de Nefrología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan, donde padece una enfermedad renal.especialista.
La forma tradicional de cultivar células para la investigación biomédica, explicó Freeman, es cultivarlas como láminas planas y bidimensionales, que son demasiado simplistas. En los últimos años, los investigadores han tenido un éxito creciente en el crecimiento de células madre en células más complejas, tres.tridimensionales llamadas mini-órganos u organoides. Se asemejan a los órganos rudimentarios y de muchas maneras se comportan de manera similar. Si bien estas propiedades hacen que los organoides sean ideales para la investigación biomédica, también representan un desafío para la producción en masa. La capacidad de producir en masa organoides es la más emocionanteaplicaciones potenciales de la nueva tecnología robótica, según los desarrolladores.
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron un sistema robótico para automatizar el procedimiento de crecimiento de células madre en organoides. Aunque enfoques similares han tenido éxito con células madre adultas, este es el primer informe de la automatización exitosa de la fabricación de organoides a partir de células madre pluripotentescélulas. Ese tipo de célula es versátil y capaz de convertirse en cualquier tipo de órgano.
En este proceso, los robots de manejo de líquidos introdujeron las células madre en placas que contenían hasta 384 pozos en miniatura cada una, y luego las convencieron para que se convirtieran en organoides renales durante 21 días. Cada micropocillo típicamente contenía diez o más organoides,y cada placa contenía miles de organoides. Con una velocidad que hubiera impresionado la línea de ensamblaje de automóviles de Henry Ford, los robots podrían producir muchas placas en una fracción del tiempo.
"Por lo general, simplemente establecer un experimento de esta magnitud llevaría a un investigador todo el día, mientras que el robot puede hacerlo en 20 minutos", dijo Freedman.
"Además de eso, el robot no se cansa y comete errores", agregó. "No hay duda. Para tareas repetitivas y tediosas como esta, los robots hacen un mejor trabajo que los humanos".
Los investigadores además entrenaron a los robots para procesar y analizar los organoides que produjeron. Harder y sus colegas del Centro de Riñones de la Universidad de Michigan utilizaron una técnica automatizada y de vanguardia llamada secuenciación de ARN de células individuales para identificar todos los diferentes tipos de células que se encuentran enlos organoides
"Establecimos que estos organoides se parecen a los riñones en desarrollo, pero también que contienen células no renales que no se habían caracterizado previamente en estos cultivos", dijo Harder.
"Estos hallazgos nos dan una mejor idea de la naturaleza de estos organoides y proporcionan una línea de base a partir de la cual podemos hacer mejoras", dijo Freedman. "El valor de esta plataforma de alto rendimiento es que ahora podemos alterar nuestro procedimiento en cualquier momentoseñale, de muchas maneras diferentes, y vea rápidamente cuál de estos cambios produce un mejor resultado "
Demostrando esto, los investigadores descubrieron una forma de expandir en gran medida el número de células de los vasos sanguíneos en sus organoides para que se parezcan más a los riñones reales.
Los investigadores también usaron su nueva técnica para buscar medicamentos que pudieran afectar la enfermedad. En uno de estos experimentos, produjeron organoides con mutaciones que causan enfermedad renal poliquística, una afección hereditaria común que afecta a una de cada 600 personas en todo el mundo y a menudo conducea insuficiencia renal.
En esta enfermedad, los pequeños tubos en los riñones y otros órganos se hinchan como globos y forman quistes en expansión que desplazan el tejido sano.
En su experimento, los investigadores expusieron los organoides de la enfermedad poliquística del riñón a varias sustancias. Descubrieron que uno, un factor llamado blebbistatina que bloquea una proteína llamada miosina, condujo a un aumento significativo en la cantidad y el tamaño de los quistes.
"Esto fue inesperado, ya que no se sabía que la miosina estuviera involucrada en la PKD", dijo Freedman. La miosina, que es mejor conocida por su papel en la contracción muscular, puede permitir que los túbulos renales se expandan y contraigan. Si no funciona correctamentepodría conducir a quistes, explicó Freedman.
"Definitivamente es un camino que estaremos viendo", dijo.
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Materiales proporcionados por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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