Hace diez años, los huesos actualmente en su cuerpo en realidad no existían. Al igual que la piel, el hueso se renueva constantemente, eliminando tejido viejo y volviéndolo crecer a partir de células madre en la médula ósea. Ahora, una nueva técnica desarrollada en Caltech puedehace que los huesos intactos sean transparentes, lo que permite a los investigadores observar estas células madre en su entorno. El método es un gran avance para probar nuevos medicamentos para combatir enfermedades como la osteoporosis.
La investigación se realizó en el laboratorio de Viviana Gradinaru BS '05, profesora asistente de biología e ingeniería biológica e investigadora del Heritage Medical Research Institute. Aparece en un artículo en la edición del 26 de abril de Medicina traslacional de la ciencia .
En el hueso sano, existe un delicado equilibrio entre las células que forman masa ósea y las células que descomponen el hueso viejo en un ciclo de remodelación continua. Este proceso está parcialmente controlado por las células madre en la médula ósea, llamadas osteoprogenitores, que se convierten en osteoblastosu osteocitos, que regulan y mantienen el esqueleto. Para comprender mejor enfermedades como la osteoporosis, que ocurre cuando la pérdida de masa ósea conduce a un alto riesgo de fracturas, es crucial estudiar el comportamiento de las células madre en la médula ósea. Sin embargo, esta poblaciónes raro y no se distribuye uniformemente por todo el hueso.
"Debido a la escasez de la población de células madre en el hueso, es difícil extrapolar sus números y posiciones a partir de unas pocas rebanadas de hueso", dice Alon Greenbaum, investigador postdoctoral en biología e ingeniería biológica y coautor.en el papel: "Además, el corte en el hueso causa deterioro y pierde el entorno complejo y tridimensional de la célula madre dentro del hueso. Por lo tanto, es necesario ver el interior del tejido intacto".
Para hacer esto, el equipo se basó en una técnica llamada CLARITY, desarrollada originalmente para limpiar el tejido cerebral durante el trabajo de posgrado de Gradinaru en la Universidad de Stanford. CLARITY hace que los tejidos blandos, como el cerebro, sean transparentes al eliminar moléculas opacas llamadas lípidos de las células y al mismo tiempo proporcionasoporte estructural mediante una infusión de una malla de hidrogel transparente. El grupo de Gradinaru en Caltech más tarde amplió el método para hacer que todos los tejidos blandos en el cuerpo de un ratón sean transparentes. Luego, el equipo se propuso desarrollar una forma de limpiar tejidos duros, como el hueso quecompone nuestro esqueleto.
En el trabajo descrito en el nuevo artículo, el equipo comenzó con huesos tomados de ratones transgénicos postmortem. Estos ratones fueron diseñados genéticamente para que sus células madre fluorescentes en rojo para que pudieran ser fácilmente imágenes. El equipo examinó el fémur y la tibia,así como los huesos de la columna vertebral; cada una de las muestras tenía unos pocos centímetros de largo. Primero, los investigadores eliminaron el calcio de los huesos: el calcio contribuye a la opacidad y el tejido óseo tiene una cantidad mucho mayor de calcio que los tejidos blandos.Luego, debido a que los lípidos también proporcionan estructura a los tejidos, el equipo le infundió al hueso un hidrogel que bloqueó los componentes celulares como proteínas y ácidos nucleicos en su lugar y preservó la arquitectura de las muestras. Finalmente, un detergente suave fluyó por todo el hueso para eliminarlo.los lípidos, dejando el hueso transparente para el ojo. Para obtener imágenes de los huesos despejados, el equipo construyó un microscopio de lámina de luz personalizado para una visualización rápida y de alta resolución queNo dañar la señal fluorescente.Los huesos despejados revelaron una constelación de células madre fluorescentes rojas en el interior.
El grupo colaboró con investigadores de la compañía de biotecnología Amgen para usar el método, llamado Bone CLARITY, para probar un nuevo medicamento desarrollado para tratar la osteoporosis, que afecta a millones de estadounidenses por año.
"Nuestros colaboradores en Amgen nos enviaron una nueva terapéutica que aumenta la masa ósea", dice Ken Chan, estudiante graduado y coautor del artículo. "Sin embargo, el efecto de estas terapias en la población de células madre no estaba claro. Nosotrosrazonaron que podrían estar aumentando la proliferación de células madre ". Para probar esto, los investigadores dieron el tratamiento a un grupo de ratones y, usando Bone CLARITY, compararon sus columnas vertebrales con huesos de un grupo de control de animales que no recibieron el medicamento."Vimos que, de hecho, hubo un aumento en las células madre con este medicamento", dice. "El monitoreo de las respuestas de las células madre a este tipo de medicamentos es crucial porque se esperan aumentos tempranos en la proliferación mientras se construye hueso nuevo, pero a largo plazo.la proliferación a término puede conducir al cáncer "
La técnica tiene aplicaciones prometedoras para comprender cómo interactúan los huesos con el resto del cuerpo.
"Los biólogos están comenzando a descubrir que los huesos no son solo soportes estructurales", dice Gradinaru, quien también se desempeña como director del Centro de Neurociencia Molecular y Celular en el Instituto Tianqiao y Chrissy Chen de Neurociencia en Caltech ". Por ejemplo,Las hormonas del hueso envían señales al cerebro para regular el apetito, y estudiar la interfaz entre el cráneo y el cerebro es una parte vital de la neurociencia.Esperamos que Bone CLARITY ayude a abrir nuevos caminos para comprender el funcionamiento interno de estos órganos importantes."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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