Hace más de 20 años, el laboratorio del biólogo del desarrollo Olivier Pourquié descubrió una especie de reloj celular en embriones de pollo donde cada "garrapata" estimula la formación de una estructura llamada somita que finalmente se convierte en una vértebra.
En los años siguientes, Pourquié y otros iluminaron aún más la mecánica de este llamado reloj de segmentación en muchos organismos, incluida la creación de los primeros modelos del reloj en una placa de laboratorio utilizando células de ratón.
Si bien el trabajo ha mejorado el conocimiento del desarrollo normal y anormal de la columna vertebral, nadie ha podido confirmar si el reloj existe en humanos, hasta ahora.
Pourquié lideró uno de los dos equipos separados que informaron el 8 de enero Naturaleza que después de décadas de esfuerzo, han creado los primeros modelos de placa de laboratorio del reloj de segmentación que usan células madre derivadas de tejido humano adulto.
Los logros no solo proporcionan la primera evidencia de que el reloj de segmentación funciona en humanos, sino que también le dan a la comunidad científica los primeros sistemas in vitro que permiten el estudio del desarrollo temprano de la columna vertebral en humanos.
"No sabemos prácticamente nada sobre el desarrollo humano de somitas, que se forman entre la tercera y cuarta semana después de la fertilización, antes de que la mayoría de las personas sepan que están embarazadas", dijo Pourquié, profesora de genética en el Instituto Blavatnik de la Facultad de Medicina de Harvard y unmiembro principal de la facultad del Instituto de Células Madre de Harvard: "Nuestro sistema debe ser poderoso para estudiar la regulación subyacente del reloj de segmentación".
"Nuestro innovador sistema experimental ahora nos permite comparar el desarrollo del ratón y el humano lado a lado", dijo Margarete Díaz-Cuadros, una estudiante graduada en el laboratorio de Pourquié y coautora del estudio dirigido por la Facultad de Medicina de Harvard. "IEstoy emocionado de desentrañar lo que hace que el desarrollo humano sea único "
Ambos modelos abren nuevas puertas para comprender las condiciones de desarrollo de la columna vertebral, como la escoliosis congénita, así como las enfermedades que involucran tejidos que surgen de la misma región del embrión, conocido como mesodermo paraxial. Estos incluyen músculo esquelético y grasa marrón entodo el cuerpo, así como los huesos, la piel y el revestimiento de los vasos sanguíneos en el tronco y la espalda.
Pourquié espera que los investigadores puedan usar los nuevos modelos de células madre para generar tejido diferenciado para investigación y aplicaciones clínicas, como las células del músculo esquelético para estudiar la distrofia muscular y las células de grasa marrón para estudiar la diabetes tipo 2. Tal trabajo proporcionaría unbase para idear nuevos tratamientos.
"Si desea generar sistemas que sean útiles para aplicaciones clínicas, primero debe comprender la biología", dijo Pourquié, quien también es profesor de Patología de la Facultad de Medicina de Harvard Frank Burr Mallory en el Hospital Brigham and Women's ". Luegopuede producir tejido muscular y funcionará "
Aunque los científicos han derivado muchos tipos de tejido reprogramando células adultas en células madre pluripotentes y luego persuadiéndolas a lo largo de caminos específicos de desarrollo, el tejido musculoesquelético resultó terco. Sin embargo, al final, Pourquié y sus colegas descubrieron que podían facilitar la transformación al agregarsolo dos compuestos químicos para las células madre mientras se bañaban en un medio de cultivo de crecimiento estándar.
"Podemos producir tejido mesodermo paraxial con un 90 por ciento de eficiencia", dijo Pourquié. "Es un comienzo notablemente bueno".
Su equipo creó un modelo similar derivado de las células embrionarias de ratón.
Los investigadores del HMS se sorprendieron al descubrir que el reloj de segmentación comenzó a funcionar tanto en los platos de células humanas como de ratón y que las células no necesitaban estar dispuestas en un andamio 3D que se pareciera más al cuerpo.
"Es bastante espectacular que funcionó en un modelo bidimensional", dijo Pourquié. "Es un sistema de sueño".
El equipo descubrió que el reloj de segmentación funciona cada 5 horas en las células humanas y cada 2,5 horas en las células del ratón. La diferencia en frecuencia es paralela a la diferencia en el tiempo de gestación entre ratones y humanos, dijeron los autores.
Entre los próximos proyectos para el laboratorio de Pourquié están investigando qué controla la velocidad variable del reloj y, más ambiciosamente, qué regula la duración del desarrollo embrionario en diferentes especies.
"Hay muchos problemas muy interesantes que perseguir", dijo.
Un tercer grupo que publica en el mismo número de Naturaleza descubrió nuevos conocimientos sobre cómo las células se sincronizan en el reloj de segmentación utilizando embriones de ratón diseñados para incorporar proteínas fluorescentes.
Pourquié es autor principal del artículo dirigido por HMS. El investigador postdoctoral Daniel Wagner de HMS es coprimer autor. Otros autores están afiliados a la Universidad de Kyoto, el Centro RIKEN para la Ciencia del Cerebro y la Universidad de Brandeis.
Pourquié ha creado una compañía llamada Anagenesis Biotechnologies basada en protocolos desarrollados para este estudio. Utiliza pruebas de alto rendimiento para buscar terapias celulares para enfermedades y lesiones musculoesqueléticas.
Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud subvención 5R01HD085121.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Medicina de Harvard . Original escrito por Stephanie Dutchen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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