Investigadores de la Universidad de Illinois en la Facultad de Medicina de Chicago han descubierto cómo los cambios en el metabolismo de las células madre embrionarias humanas ayudan a convencerlos de madurar en tipos celulares específicos, y pueden mejorar su función en órganos o tejidos diseñados.
"Las células madre pluripotentes crecen muy rápidamente, por lo que necesitan producir grandes cantidades de bloques de construcción celulares para alimentar su crecimiento: proteínas, lípidos, azúcares y otras moléculas esenciales", dice el Dr. Jalees Rehman, quien dirigió el estudio, publicado en la revista Informes de celda .
Rehman y sus colegas se centraron en el papel de la glutamina en las células madre, porque se sabe que el aminoácido sirve como una fuente importante de carbono que se utiliza para fabricar bloques celulares en las células cancerosas, que, como las células madre, también crecen muy rápidamenteTrazaron el camino de la glutamina en las células madre embrionarias humanas y descubrieron que terminaba en las mitocondrias de las células.
"La gente a menudo asume que las mitocondrias son solo los generadores de energía celular. Pero también sirven como fábricas para producir moléculas importantes que las células necesitan para crecer", dijo Rehman.
La glutamina se metaboliza a una velocidad muy alta en células madre embrionarias humanas no diferenciadas. Los investigadores observaron que el metabolismo de la glutamina cae drásticamente a medida que las células se diferencian en varios tipos de células maduras, como las células endoteliales que forman el revestimiento de los vasos sanguíneos.
"Queríamos ver más de cerca el programa molecular que vincula la disminución del metabolismo de la glutamina con la diferenciación de células madre", dijo Rehman, profesor asociado de medicina y farmacología en la UIC.
Cuando los investigadores retuvieron selectivamente la glutamina de las células madre embrionarias humanas que crecen en el laboratorio, notaron que los niveles de una molécula reguladora importante llamada OCT4 disminuyeron significativamente y las células comenzaron a diferenciarse. OCT4 es un factor de transcripción que activa los genes que mantienencélula en un estado de pluripotencia y silenciar los genes y evitar la diferenciación y maduración de las células madre.
La abstinencia de glutamina también estuvo acompañada por un aumento de las especies reactivas de oxígeno dentro de las células, que pueden dañar las estructuras celulares si los niveles son demasiado altos.
Resulta que OCT4 es especialmente vulnerable a la degradación por especies reactivas de oxígeno. A medida que el metabolismo de la glutamina disminuye y los niveles de especies reactivas de oxígeno aumentan, OCT4 se descompone y ya no puede mantener la célula en un estado pluripotente. La célula entoncescomienza a expresar los genes que le permiten madurar en un tipo específico de célula.
"La glutamina mantiene OCT4 'encendido', y cuando mueres de hambre las células de glutamina, bajas el interruptor de OCT4 para que las células puedan madurar", dijo Rehman. "También es importante tener en cuenta que las especies reactivas de oxígeno sirvieron comouna señal que permitió que las células madre se diferenciaran. Ciertos niveles de oxidantes o especies reactivas de oxígeno pueden ser necesarios para la maduración de las células madre ".
El hallazgo sugiere una técnica que puede resultar útil para la ingeniería de tejidos, dijo el primer autor Glenn Marsboom, profesor asistente de investigación de farmacología en la UIC.
"Cuando los investigadores quieren producir células maduras a partir de células madre, tradicionalmente usan un cóctel de factores de crecimiento y otros químicos conocidos por producir el tipo de célula específico que desean", dijo Marsboom. "Queríamos ver qué pasaría siagregado de abstinencia de glutamina al cóctel de diferenciación que utilizamos para producir células endoteliales a partir de células madre embrionarias humanas ".
Descubrieron que al retirar también la glutamina, se produjeron el doble de células endoteliales, en comparación con el uso de factores de crecimiento solos. Y las células maduras eran de mayor calidad. Las células endoteliales carentes de glutamina podían organizarse mejor en la sangrevasos en un andamio tridimensional.
"Estas células endoteliales migraron a su lugar con más éxito para formar los tubos que forman las redes vasculares", dijo Rehman, que puede mejorar la ingeniería de los vasos sanguíneos funcionales de las células madre embrionarias humanas. En términos más generales, dijo, el hallazgo destaca elimportancia de las señales metabólicas en las terapias regenerativas.
"Para diseñar con éxito nuevos vasos sanguíneos o tejidos para pacientes enfermos, necesitamos ayudar a las células madre a adaptarse al entorno metabólico y a las demandas de los órganos maduros".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Original escrito por Sharon Parmet. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :