El dolor de cuello y espalda es debilitante y costoso: se estima que el 80 por ciento de los adultos sufrirá uno o ambos en algún momento de sus vidas, acumulando $ 86 mil millones en costos médicos y falta de trabajo solo en los Estados Unidos. A menudo, las condiciones soncausado por la descomposición de los discos, las estructuras portadoras de carga que amortiguan los huesos de la columna y están formadas principalmente por un tejido llamado núcleo pulposo. El núcleo pulposo puede degenerar con la edad, haciendo que los discos pierdan su forma y colapsen- resultando en dolor, entre otros problemas.
A medida que los científicos intentan encontrar opciones de terapia temprana para combatir la enfermedad degenerativa del disco, ha habido un interés considerable en aprovechar las células madre para restaurar el núcleo pulposo, o NP. Investigaciones previas muestran células madre pluripotentes inducidas en humanos hiPSC, generadas directamente de adultoscélulas: pueden expresar marcadores para una amplia variedad de células, incluidas las que secretan NP.
Ahora, un equipo colaborativo de científicos de la Universidad de Washington en St. Louis ha desarrollado un nuevo proceso para generar células similares a NP a partir de hiPSC, uno que realmente se remonta al principio e imita el proceso de desarrollo embrionario.
"Lo que hicimos aquí es estudiar biología del desarrollo antes de diseñar nuestro experimento", dijo Lori Setton, profesora distinguida Lucy & Stanley Lopata de Ingeniería Biomédica y presidenta del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas."Eso fue lo diferente en este estudio en particular, creamos un protocolo de diferenciación para imitar el desarrollo embrionario".
En proyectos anteriores, los científicos han intentado derivar varios tipos de células diferenciadas de las células madre, como los huesos, los tejidos, los nervios o la grasa, directamente de los hiPSC. Setton y su grupo retrocedieron, ideando una serie de pasos para producir primerouna de las estructuras embrionarias de formación más temprana, la notocorda. En los humanos, la notocorda es una varilla similar a un cartílago que se convierte en la columna vertebral durante el desarrollo in vitro.
"Sabemos que los discos intervertebrales surgen del notocordio", dijo Setton. "Decidimos volver al principio y ver si podíamos convertir las células madre en células notocordales. Solo después de pasar por la fase notocordal tomamosa la fase del disco intervertebral "
El equipo de Setton trabajó en colaboración con Farshid Guilak, profesor de cirugía ortopédica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis y director de investigación en los Hospitales Shriners para Niños-St. Louis, durante un extenso proceso de estudio de tres años.
El laboratorio de Setton expuso a los hiPSC a una variedad de factores de crecimiento y medios de cultivo diferentes para convencerlos de que primero se convirtieran en marcadores de desarrollo y luego se formaran completamente en células notocorda. Una vez que los científicos tuvieron las células notocorda, utilizaron un proceso de exposición química similarpara desarrollarlas en células de tipo NP. El laboratorio rastreó el proceso de diferenciación usando imágenes de células fluorescentes, que probaron los marcadores necesarios durante cada paso. Su investigación fue publicada recientemente en la revista Investigación y terapia con células madre .
"Puedes pensar en ello como un tirón", dijo Setton. "Puedes empujarlo en una dirección, pero también tienes que tirar de la otra dirección. Podría empujarlo hacia un nervio, pero yotenemos que sacarlo para que no se convierta en hueso. No sabíamos qué combinación funcionaría. Es como cocinar en la cocina, y hay que agregar cosas a la salsa. Nos tomó mucho tiempo encontrar la receta perfecta. Peroahora que lo hicimos, es muy repetible "
Setton dice que el proceso de varios pasos que su laboratorio usó para derivar células de tipo NP de las hiPSC proporciona el control de calidad necesario a medida que los científicos buscan usos adicionales para las terapias con células madre.
"Si piensa en un producto médico regulado, debemos categorizarlo en cada etapa de su uso y en cada etapa de su desarrollo", dijo. "Al igual que si estuviera fabricando una pieza automotriz, hace calidadcontrol en cada etapa. Eso es lo que hicimos aquí "
Setton dice que los próximos pasos de la investigación incluyen evaluar las señales ambientales, como la rigidez de la superficie de cultivo, la topografía celular y cómo se adhiere una célula, y observar sus efectos en la transformación de los hiPSC.
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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