Los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado una nueva herramienta descrita como un "registrador de datos de vuelo" para desarrollar células, iluminando los caminos que las células toman a medida que avanzan de un tipo a otro.
Los científicos esperan poder algún día tomar células de la piel de un paciente que necesita un trasplante de hígado, por ejemplo, y guiar las células de la piel a lo largo de un camino conocido que dará como resultado un nuevo hígado. Sin este dispositivo de rastreo celular, los investigadores estáncapaz de estudiar las células originales y las células finales con gran detalle, pero las rutas que las células toman para llegar a sus destinos han sido en gran medida desconocidas.
El estudio se publica el 5 de diciembre en la revista Naturaleza .
"Existe un gran interés en el potencial de la medicina regenerativa cultivo de tejidos y órganos en laboratorios para probar nuevos medicamentos, por ejemplo, o para trasplantes algún día", dijo la autora principal Samantha A. Morris, PhD,profesor asistente de biología del desarrollo ". Pero debemos entender cómo funciona el proceso de reprogramación. Queremos saber si el proceso para convertir las células de la piel en células del corazón es el mismo que para las células del hígado o del cerebro. ¿Cuáles son las condiciones especiales necesarias?convertir un tipo de celda en cualquier otro tipo de celda? Diseñamos esta herramienta para ayudar a responder estas preguntas "
Según los investigadores, la herramienta podría revelar rutas celulares de "reprogramación" que podrían implicar revertir las células de la piel a diferentes tipos de células madre que luego podrían madurar en un nuevo hígado u otro órgano vital. Entre muchos usos potenciales, la herramienta tambiénpodría aplicarse en la investigación del cáncer, registrando los giros incorrectos que las células normales podrían tomar para convertirse en tumores
Utilizando su registrador de datos de vuelo, los investigadores realizaron experimentos que descubrieron algunos detalles sorprendentes sobre las rutas específicas tomadas por las células que completaron con éxito sus rutas de vuelo. La nueva información puede ayudar a los investigadores a identificar las mejores condiciones "previas al vuelo" para exponer las célulaspara aumentar la probabilidad de que sus viajes sean exitosos. Los científicos quieren presentar el plan de vuelo correcto, por así decirlo, para que todas las células lleguen a los destinos correctos.
"En este momento, la reprogramación celular es realmente ineficiente", dijo Morris. "Cuando se toma una población celular, como las células de la piel, y se convierte en una población celular diferente, digamos células intestinales, solo alrededor del 1 por ciento de las célulasreprogramación exitosa. Y debido a que es un evento tan raro, los científicos han pensado que es probable que sea un proceso aleatorio: hay un conjunto correcto de pasos que algunas células golpean aleatoriamente. Encontramos exactamente lo contrario. Nuestra tecnología nos permite verque si una celda comienza por el camino correcto para la reprogramación muy temprano en el proceso, todas sus celdas relacionadas y sus descendientes están en la misma página, haciendo lo mismo ".
La técnica aprovecha las propiedades naturales de un virus que inserta pequeños "códigos de barras" de ADN, llamados "CellTags", en cada célula. A medida que las células se dividen, sus códigos de barras únicos pasan a todas sus células descendientes. En varios puntos de tiempo establecidosdurante la ventana de reprogramación celular de 28 días, se agregan nuevos códigos de barras y se analiza una muestra de las células para ver qué están haciendo en ese punto de referencia. La técnica CellTagging realiza un seguimiento de qué células comparten ancestros comunes y qué tan atrás se encuentra ese ancestro comúnse encuentra en el linaje, como un árbol genealógico. De hecho, más allá del seguimiento de un solo vuelo, la herramienta permite a Morris y su equipo construir complejos árboles genealógicos de células, donde las células reprogramadas con éxito se pueden rastrear hasta sus primeros antepasados.
Morris dijo que su estudio sugiere que el estado en que se encuentra la célula en el momento en que recibe las instrucciones para reprogramar ya ha preparado el escenario para saber si tendrá éxito o no. Esto contradice los supuestos de que una célula va en muchas direcciones diferentes cuandoprimero se le indica que reprograme.
"Si podemos desbloquear ese cóctel de condiciones iniciales que prepara a las células para que tengan éxito en su reprogramación, podemos transformar las células en el tipo que queramos con una eficiencia mucho mayor", dijo. "Nos gustaría alcanzar el 100% de eficiencia. Eso sería realmente emocionante para el campo de la medicina regenerativa ".
Los investigadores ya pueden haber identificado un ingrediente en el cóctel. Descubrieron que si cierto gen, llamado Mettl7a1, se activaba en las células, tenían tres veces más probabilidades de reprogramarse con éxito en comparación con las células en las que este gen está inactivo.Según Morris, otro hallazgo interesante fue que las celdas que no tuvieron éxito en su reprogramación no solo terminaron en todo el mapa, sino que parecieron converger en el mismo callejón sin salida, tendiendo a revertirse para parecerse al tipo de celda original..
"Vemos un único callejón sin salida en este momento, pero a medida que la tecnología mejora, creemos que existe la posibilidad de que veamos múltiples resultados", dijo.
Los investigadores estudiaron las células de la piel del ratón, exponiéndolas a un cóctel molecular que desencadena la apertura del ADN de las células, activa nuevos genes y reprograma las células de la piel en otro tipo de células llamadas progenitores de endodermo inducido.
Estas células dan lugar tanto a las células del hígado como a las células que forman el intestino delgado. En un ejemplo de una posible aplicación, Morris quiere desarrollar mini intestinos para ayudar al estudio de los bebés prematuros con una afección llamada síndrome del intestino corto.Los bebés que nacen demasiado temprano tienen un alto riesgo de una enfermedad que resulta en la muerte del tejido en el intestino. Para detener el daño, algunos bebés requieren cirugía para extirpar esa porción del intestino, lo que resulta en un intestino más corto.
"Dado que se ha eliminado parte del intestino, estos bebés pierden su capacidad de absorber nutrientes", dijo Morris. "Si finalmente podemos cultivar el intestino de reemplazo a partir de la versión humana de estas células, sería un avance sorprendente".
Morris trabajó con la Oficina de Administración de Tecnología de la Universidad de Washington para patentar la tecnología. Varios equipos de investigación en todo el mundo ya se han interesado en utilizar el método CellTagging del laboratorio de Morris en sus propias investigaciones.
"Nos complace y nos alienta ver que varios grupos de investigación del cáncer adopten esta tecnología en sus laboratorios", dijo Morris. "Con este método, pueden descubrir qué células se convierten en cáncer y rastrear a sus antepasados en el tiempo para verlo que estaban haciendo desde el principio "
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Materiales proporcionado por Facultad de medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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