Hablemos de limo.
El moco es una secreción protectora y viscosa producida por las células caliciformes y que recubre los órganos de los sistemas respiratorio, digestivo y reproductivo. La producción de limo es esencial para la salud, y un desequilibrio puede ser mortal. Los pacientes con enfermedades como el asma,La enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC y la colitis ulcerosa producen demasiada mucosidad, a menudo después de que crecen demasiadas células caliciformes. La pérdida de las células caliciformes puede ser igualmente devastadora, por ejemplo, durante el cáncer, después de una infección o lesión., la cantidad y el transporte son críticos, por lo que los médicos y los investigadores médicos han buscado durante mucho tiempo los orígenes de las células caliciformes y han estado ansiosos por controlar los procesos que los regeneran y mantienen poblaciones equilibradas.
Recientemente, un grupo de bioingenieros de la Universidad de Pittsburgh descubrió un caso de regeneración de células caliciformes que es de fácil acceso y ocurre increíblemente rápido en células aisladas de embriones de rana en desarrollo temprano. Sus hallazgos fueron publicados esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Lance Davidson, profesor de bioingeniería William Kepler Whiteford en Pitt, dirige el Laboratorio MechMorpho en la Escuela de Ingeniería de Swanson, donde sus investigadores estudian el papel de la mecánica en las células humanas, así como el embrión de Xenopus, una rana acuática nativa de Sudáfrica.
"El renacuajo Xenopus, como muchas ranas, tiene una piel respiratoria que puede intercambiar oxígeno y realizar tareas similares a un pulmón humano", explicó Davidson. "Al igual que el pulmón humano, la superficie de la piel respiratoria Xenopus es un epitelio mucociliado,que es un tejido formado por células caliciformes y células ciliadas que también protege a la larva contra los patógenos. Debido a estas similitudes evolutivas, nuestro grupo utiliza organoides embrionarios de rana para examinar cómo la mecánica de los tejidos impacta el crecimiento celular y la formación de tejidos ".
Estudiar esta especie es una forma rápida y rentable de explorar los orígenes genéticos de la biomecánica y cómo se perciben las señales mecánicas, no solo en el embrión de rana, sino de manera universal. Cuando los médicos estudian el cáncer en pacientes, estos cambios pueden llevar semanas,meses o incluso años, pero en un embrión de rana, los cambios ocurren en cuestión de horas.
"En este proyecto, tomamos un grupo de células mesenquimales del embrión temprano y las formamos en un agregado esférico, y en cinco horas, comenzaron a cambiar", dijo Davidson. "Se sabe que estas células se diferencian en unvariedad de tipos, pero en este escenario, descubrimos que cambiaron drásticamente en un tipo de célula en la que no se habrían convertido si hubieran estado en el embrión ".
El laboratorio descubrió sorprendentemente un caso de regeneración que restaura un epitelio mucociliado de las células mesenquimatosas. Realizaron el experimento varias veces para confirmar los hallazgos inesperados y comenzaron a observar de cerca qué señales microambientales podrían conducir a las células a un tipo completamente nuevo.
"Tenemos herramientas para modular el microambiente mecánico que alberga las células, y para nuestra sorpresa, descubrimos que si hacíamos el ambiente más rígido, los agregados se transformaban en estas células epiteliales", explicó Davidson. "Si lo hiciéramos más suave,pudimos bloquearlos para que no cambien. Este hallazgo muestra que la mecánica por sí sola puede causar cambios importantes en las células, y eso es algo notable ".
El grupo de Davidson está interesado en cómo las células, influenciadas por la mecánica, pueden afectar los estados de la enfermedad. Los resultados detallados en este artículo pueden generar nuevas preguntas en la biología del cáncer, lo que lleva a los investigadores a considerar si ciertos tipos de células cancerosas invasivas podrían volver a una célula en reposotipo basado en la rigidez o suavidad de su entorno.
"Al aplicar estos resultados a la biología del cáncer, uno podría preguntarse: 'Si los tumores están rodeados de tejidos blandos, ¿se volverían inactivos y básicamente no invasivos? O,' Si los tiene en tejidos rígidos, los invadirían y¿se vuelve mortal? ", dijo Davidson." Estas son preguntas importantes en el campo que la biomecánica puede ayudar a responder. Muchos investigadores se centran únicamente en las vías químicas, pero también estamos encontrando influenciadores mecánicos de la enfermedad ".
Hye Young Kim, investigadora del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST y ex miembro del Laboratorio MechMorpho, continuará este trabajo en el Centro de Investigación Vascular del Instituto de Ciencias Básicas de KAIST. Ella estudiará cómo las célulasLa motilidad cambia durante la regeneración y la forma en que las células epiteliales ensamblan un nuevo epitelio. Davidson y su laboratorio explorarán cómo las células mesenquimatosas perciben este nuevo caso de señales mecánicas y cómo estas vías de inducción mecánica se integran con las rutas conocidas que controlan las elecciones de destino celular.
"Los embriones de rana y los organoides nos dan un acceso incomparable para estudiar estos procesos, mucho más acceso del que es posible con los órganos humanos", dijo. "Las viejas ideas de que la regeneración se controla exclusivamente mediante la difusión de factores de crecimiento y hormonas están dando paso a lareconocimiento de que la mecánica física del medio ambiente, como cuán gomoso o fluido es el medio ambiente, juega un papel tan crítico "
Esta investigación fue apoyada por una subvención del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre NHLBI de los Institutos Nacionales de Salud.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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