Un nuevo estudio pionero dirigido por biólogos de la Universidad Estatal de Florida podría cambiar fundamentalmente nuestra comprensión de cómo las células madre embrionarias se diferencian en tipos de células específicas.
La investigación, publicada hoy en la revista Informes de células madre pone en tela de juicio décadas de consenso científico sobre el comportamiento de las células madre embrionarias a medida que pasan al endodermo, una clase de células en embriones animales que da lugar a los sistemas digestivo y respiratorio.
David M. Gilbert, Profesor Distinguido J. Herbert Taylor de Biología Molecular en el Departamento de Ciencias Biológicas de la FSU, dijo que el estudio revuelve las nociones bien establecidas de cuándo las células madre embrionarias trazan sus cursos inalterables hacia un linaje de endodermo fijo - en estecaso, su destino final como células digestivas o respiratorias específicas.
"Este documento desafía la suposición de larga data de que las células madre embrionarias permanecen bastante plásticas y maleables durante las primeras etapas del compromiso celular", dijo Gilbert. "Mostramos que las células madre embrionarias humanas pueden comprometerse irreversiblemente con los linajes del endodermo: células hepáticas y pancreáticas"., por ejemplo, muy rápidamente "
Los hallazgos representan un nuevo capítulo en el estudio de la diferenciación de células madre embrionarias, un campo que podría ser clave para ayudar a los científicos y médicos a desbloquear mejores terapias para una variedad de enfermedades.
Utilizando un protocolo sofisticado desarrollado por la firma de medicina regenerativa con sede en San Diego, ViaCyte, Gilbert y sus colaboradores expusieron una muestra de células madre embrionarias a condiciones de cultivo diseñadas para empujar las células hacia la etapa definitiva del endodermo, una vía rápida para el desarrollo celular especializadoLuego, el equipo devolvió rápidamente las células a un baño de factores de tratamiento diseñados para restaurarlas a un estado embrionario.
Con base en estudios previos, los investigadores supusieron que tomaría días en el cultivo de endodermo, o al menos un ciclo completo de división celular, para que las células se comprometan con una pista de desarrollo.
"De hecho, descubrimos que después de unas pocas horas de exposición al cóctel de endodermo, una fracción de un ciclo de división celular, las células podrían regresar al cóctel de células madre y continuar pasando por la misma serie de genesla expresión cambia a medida que las células de control que permanecieron en el cóctel de endodermo "
En otras palabras, después de un remojo notablemente corto en el cultivo de endodermo, las células se habían comprometido a un programa celular específico.
"Antes de los experimentos reportados aquí, no se esperaba que el compromiso temprano del linaje de células madre fuera tan rápido e irreversible", escribieron Gilbert y sus coautores en su artículo.
Esta no fue la única suposición arraigada desafiada por el estudio del equipo. Los científicos creyeron durante mucho tiempo que la organización 3D de los cromosomas en el núcleo es excepcionalmente rígida y está estrechamente vinculada al tiempo de replicación, el orden en el que se copian los segmentos de ADN antesdivisión celular. Se pensaba que la única forma de reconfigurar esa arquitectura era romper el núcleo de una célula cuando sus cromosomas se entregaban a sus células hijas.
Resulta que esas suposiciones también pueden haber sido erróneas.
"Mostramos que la arquitectura cromosómica se puede remodelar localmente y rápidamente sin desmantelar todo el núcleo celular, similar a cambiar el andamiaje de un edificio sin derribarlo, lo cual fue bastante inesperado", dijo Gilbert. "También mostramos queEstos cambios en la arquitectura de los cromosomas se producen de forma dinámica e inmediata tras la estimulación de las células madre para convertirse en endodermo. Este hallazgo demuestra que la replicación y la arquitectura no siempre van de la mano, pueden ser lo que llamamos 'desacoplado' ".
El trabajo de los investigadores desvinculando el tiempo de replicación de la arquitectura cromosómica y mostrando la capacidad de remodelar quirúrgicamente esa arquitectura podría ayudar a refinar la comprensión de los científicos sobre el comportamiento de las células madre embrionarias. Junto con el descubrimiento de que el compromiso del linaje de las células madre se produce de manera más rápida e irreversible de lo esperado,Gilbert dijo que los hallazgos plantean preguntas críticas sobre la naturaleza básica de las células madre y las barreras para convertir una célula en otra.
Si los investigadores pueden aprovechar estos conocimientos recién adquiridos, podrían comenzar a desentrañar los misterios de cómo y por qué las células madre se comprometen con sus pistas de desarrollo y por qué ciertas células son especialmente difíciles de reprogramar.
Esa información podría informar la creación de herramientas nuevas y poderosas para combatir enfermedades y aliviar el sufrimiento humano.
"El hecho de que grandes cambios en la organización del genoma y su orden temporal de replicación se puedan remodelar tan fácilmente, y que esto se correlacione con un compromiso irreversible tan rápidamente en un sistema de cultivo celular en el laboratorio, significa que podríamos usareste sistema para llegar a los mecanismos que representan un compromiso irreversible ", dijo Gilbert." Nunca anticipamos eso, esperábamos un compromiso irreversible para tomar mucho más trabajo, tiempo y gastos ".
Los científicos de ViaCyte, la Universidad de Emory y la Universidad de Georgia contribuyeron a este estudio. La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Florida . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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