El hígado es uno de los órganos más grandes y versátiles del cuerpo humano. Convierte los azúcares, proteínas y grasas de nuestros alimentos en sustancias útiles para el cuerpo y las libera a las células. Además de su papel en el metabolismo humano, el hígado es un órgano inmunológico, que es indispensable para desintoxicar la sangre. Lo más sorprendente es que el hígado es el único órgano interno que puede regenerarse a su tamaño completo con solo el 25% de su masa original.
Las enfermedades del hígado son uno de los mayores problemas de salud en el mundo y una de las principales causas de muerte. Solo en Alemania, al menos cinco millones de pacientes sufren de enfermedad del hígado graso, cáncer de hígado o hepatitis. A pesar de la inmensa importancia del hígadopara la salud humana, la diversidad de los tipos de células hepáticas individuales y los procesos moleculares y celulares asociados en los tejidos sanos y enfermos aún no se han investigado por completo.
Los científicos del Instituto Max Planck de Inmunobiología y Epigenética de Friburgo y sus colegas de la Universidad de Estrasburgo ahora presentan un atlas celular integral del hígado humano publicado en la revista científica Naturaleza . Utilizando lo que se conoce como secuenciación de ARN unicelular, los investigadores dirigidos por el líder del grupo Max Planck, Dominic Grün, y en cooperación con el Laboratorio Baumert lograron crear un mapa detallado de las poblaciones celulares en el hígado humano sano.análisis de 10000 células de nueve donantes humanos, el atlas celular mapea todos los tipos de células hepáticas importantes, incluidos los hepatocitos, las principales células metabólicas del hígado, las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos, los macrófagos residentes en el hígado y otros tipos de células inmunes, así como la biliscélulas conductoras y progenitores epiteliales del hígado. Con estos datos, es posible capturar la diversidad de tipos celulares y estados celulares en una resolución sin precedentes y comprender cómo cambian durante el desarrollo o la progresión de la enfermedad.
la huella digital de la celda
Los investigadores también descubrieron una asombrosa diversidad entre las células individuales del presunto mismo tipo de células. Encontraron nuevos subtipos de hepatocitos, células endoteliales y macrófagos que, aunque apenas tienen un aspecto morfológico diferente, tienen perfiles discretos de expresión génica. Estos descubrimientosfueron posibles gracias al progreso significativo de los métodos de análisis unicelulares experimentales y computacionales, que permiten examinar las células a alta resolución.
En la secuenciación de ARN de una sola célula, el tejido del órgano a investigar se disocia en células individuales; estas células se aíslan y secuencian por separado. La secuenciación se usa para determinar cuántas moléculas de ARN mensajero ARNm de cada gen están presentes enla célula ". El ARN mensajero transmite los planos almacenados en el ADN a las fábricas de proteínas. Al medir qué moléculas de ARN están presentes en una célula en un determinado momento, podemos identificar qué genes están activos. Esto nos da una especie dehuella digital que nos proporciona una visión integral de la naturaleza de cada célula. Esto nos permite comprender qué funciones realiza la célula, cómo está regulada y también qué sucede cuando se desarrollan enfermedades ", explica Dominic Grün.
Los datos obtenidos de esta manera no solo son extremadamente extensos, sino también muy complejos ya que las moléculas de ARN de miles de genes en miles de células tienen que cuantificarse e interpretarse simultáneamente. En los últimos años, Dominic Grün ha desarrollado algoritmos a medidaayudándolo a él y a su equipo a caracterizar los diferentes tipos de células y comprender sus vías de desarrollo.
identificación de progenitores de células hepáticas
Utilizando tales huellas digitales de las células, los investigadores de Friburgo también identificaron propiedades previamente desconocidas de una subpoblación de células de los conductos biliares. Los conductos biliares atraviesan todo el hígado para transportar la bilis a la vesícula biliar. "Nuestros datos muestran que las células dentro de esta subpoblación rara son precursorascélulas o progenitores. No solo pueden formar organoides, que es una característica marcada de las células madre, sino que también tienen el potencial de convertirse en diferentes tipos de células ", explica Nadim Aizarani, el primer autor del estudio. Estas células progenitorasse diferencian en hepatocitos o células de las vías biliares cuando se cultivan en un medio de cultivo. Los investigadores de Max Planck están convencidos de que esta población de células precursoras juega un papel importante en la regeneración del hígado y también podría estar involucrada en el desarrollo de enfermedades o tumores del hígado.
Datos de referencia importantes para pacientes con cáncer
El atlas celular y el método de secuenciación de ARN unicelular, por lo tanto, tienen un gran potencial para la terapia contra el cáncer. Los enfoques actuales para analizar el tejido enfermo, como el tejido tumoral, solo proporcionaron un valor promedio de la concentración de genes activos para elmuestra completa de tejido y, por lo tanto, solo una vista promedio del perfil molecular del tumor ". La contribución de tipos de células raras o incluso células individuales se pierde en este valor promedio. Aunque quizás sean precisamente estas pocas células las que determinan si un tejido está sano o degeneraen cáncer ", explica Dominic Grün.
Por otro lado, la secuenciación de células individuales captura la firma molecular de cada célula sana o enferma en la muestra a examinar. La comparación con los datos de referencia de tejido sano permite a los científicos enfocarse en las propiedades moleculares del tumor que causan enfermedadescélulas y pueden ayudar a desarrollar mejores opciones de tratamiento en el futuro.
Los investigadores de Friburgo y Estrasburgo demuestran en su estudio más reciente que el atlas celular del hígado humano será una base de datos de referencia esencial para la investigación del cáncer de hígado. Compararon los datos del tejido sano del atlas celular con las células del carcinoma hepatocelular, la mayoríaforma común de cáncer primario de hígado. La comparación permitió sacar conclusiones, por ejemplo, la identificación de nuevos marcadores de células tumorales y patrones de actividad genética perturbados de diferentes tipos de células dentro del tumor ". Creo que la investigación sobre el cáncer mediante la secuenciación de células individuales ayudarápara mejorar el diagnóstico y, finalmente, el tratamiento de los tumores aún más. En el futuro, no solo podremos descubrir posibles interacciones entre diferentes tipos de células en los tumores. También será posible observar estas interacciones a medida que la enfermedad progresa ", diceDominic Grün.
Los investigadores están convencidos de que su atlas celular del hígado humano y los métodos desarrollados han establecido una base importante dentro de la biomedicina, que avanzará la investigación y la comprensión de las enfermedades hepáticas a nivel molecular para posiblemente crear nuevas estrategias terapéuticas contra las enfermedades hepáticas enel futuro.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Inmunobiología y Epigenética . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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