Al igual que los humanos, las células pueden ser influenciadas fácilmente por la presión de grupo.
Tome una célula madre neural en el cerebro: si esta célula sigue siendo una célula madre o si se diferencia en una célula cerebral completamente formada está determinada en última instancia por un conjunto complejo de mensajes moleculares que la célula recibe de innumerables vecinos. Comprender estos mensajes es clave para los científicoscon la esperanza de aprovechar estas células madre para tratar afecciones neurológicas como el Alzheimer o el Parkinson.
Con la ayuda de la fotolitografía y un uso creativo del ADN programable, la Universidad de California, Berkeley, los investigadores han creado una nueva técnica que puede "imprimir" rápidamente matrices bidimensionales de células y proteínas que imitan una amplia variedad de entornos celulares enel cuerpo, ya sea el tejido cerebral que rodea una célula madre neural, el revestimiento del intestino o el hígado o la configuración celular dentro de un tumor.
Esta técnica podría ayudar a los científicos a comprender mejor el complejo mensaje célula a célula que dicta el destino final de una célula, desde la diferenciación de las células madre neurales en una célula cerebral a una célula tumoral con el potencial de hacer metástasis a una célula madre embrionariaconvertirse en una célula de órgano.
"Lo que es realmente poderoso de esta plataforma es que puede crear tejidos in vitro que capturen la organización espacial de las células en el cuerpo, desde el revestimiento intestinal de su tracto digestivo hasta los arreglos de diferentes tipos de células en el hígado", dijo Olivia Scheideler, quien completó la investigación como estudiante graduado en Berkeley. "Creo que podría aplicar esta técnica para recrear cualquier tejido donde desee explorar cómo las interacciones celulares contribuyen a la función del tejido".
En un documento que aparece hoy miércoles 18 de marzo en el diario Avances científicos , Scheideler y sus colaboradores muestran que la nueva técnica se puede utilizar para imprimir rápidamente patrones complejos de hasta 10 tipos diferentes de células o proteínas en una superficie plana.
"Esencialmente, lo que esta técnica nos permite hacer es modelar diferentes tipos de condiciones en una sola toma y de una manera de alto rendimiento", dijo Lydia Sohn, profesora de ingeniería mecánica del canciller de la Universidad de California en Berkeley y autora principal del artículo ".Proporciona una amplia gama de opciones para lo que podrías estudiar, porque es muy flexible. Puedes modelar muchos tipos diferentes de células o proteínas ".
Atrapado en una correa de ADN
En la nueva técnica, cada célula o proteína está unida a un sustrato con una cadena corta de ADN. Si bien se han desarrollado métodos similares que unen las células o proteínas atadas una por una, la nueva técnica aprovecha un proceso de diseño llamado fotolitografíapara adjuntar o imprimir cada tipo de proteína celular en un lote rápido, acelerando enormemente el proceso.
"Es como la impresión láser a color, donde imprime un color y luego imprime otro", dijo Sohn.
Al igual que la fotografía, la fotolitografía funciona exponiendo una superficie o sustrato recubierto a un patrón de luz, que inicia una reacción química que disuelve el recubrimiento en las áreas iluminadas, dejando un sustrato con plantilla. En la nueva técnica, el sustrato se bañahebras de ADN de un solo lado, cuyos extremos se han alterado químicamente para engancharse firmemente donde se ha disuelto el recubrimiento.
Cada cadena de ADN de un solo lado está programada tiene una secuencia específica de los nucleótidos adenina A, timina T, guanina G y citosina C. Las cadenas de ADN de un solo lado con la secuencia de nucleótidos complementaria están incrustadas ounido a células o proteínas de interés.
Finalmente, la superficie se lava con una mezcla de células o proteínas unidas a las cadenas complementarias de ADN de un solo lado, que se unen con el ADN de un solo lado ya unido a la superficie para formar "ataduras" de doble hélice
"Todas las células y proteínas se unen exactamente donde deberían estar debido a la programación del ADN", dijo Sohn.
Al repetir el proceso, se pueden atar hasta 10 tipos diferentes de células o proteínas a la superficie en un patrón arbitrario.
mensajes en conflicto
Para demostrar una de las muchas aplicaciones de la técnica, Scheideler y el coautor David Schaffer, Profesor Distinguido Hubbard Howe Jr. de Ingeniería Bioquímica en UC Berkeley, utilizaron la plataforma para estudiar la señalización química que indica las células madre neurales para diferenciarse encélulas maduras
"Las células madre tienen programas incrustados dentro de su ADN que les dicen que permanezcan como células madre o que se diferencien en una célula madura", dijo Schaffer. "Y reciben mucha información sobre qué hacer y qué programaspara activarse desde el medio ambiente, desde otras células a su alrededor. Si pudiéramos aprender cómo hacer que las células madre cumplan con nuestros requisitos, cómo convertirlas en un tipo de célula particular, entonces podríamos aprovechar las células madre para producir en masa tipos de células especializadas que fueronperdido debido a enfermedad o lesión "
Scheideler dijo que las células madre neurales en el cerebro reciben regularmente mensajes contradictorios sobre cómo deben comportarse. Un mensajero, la proteína FGF-2, les dice que produzcan más células madre. El otro, la proteína efrina-B2,les dice que se diferencien en una neurona madura.
Scheideler usó la nueva técnica para modelar células madre neurales en miles de matrices diferentes de las dos proteínas, FGF-2 y ephrin-B2, para ver cómo la organización espacial de las dos señales ayuda a determinar el destino final de las células.
Ella descubrió que muchas células madre se diferenciaban en neuronas maduras, incluso cuando estaban principalmente en contacto con FGF-2, o "mensajeros de células madre", cuando miró más de cerca, sin embargo, descubrió que esas células que se diferenciaban eranes más probable que tenga pequeñas extensiones similares a dedos, o "neuritas", que tocaron la efrina-B2 o los mensajeros "diferenciados".
"Lo mejor de esta tecnología de patrones es que puede replicar fácilmente estos pequeños patrones cientos o miles de veces en una diapositiva", dijo Schaffer. "Es como ejecutar miles de pequeños experimentos independientes, cada uno de los cuales es una prueba paravea cómo una célula madre escucha las células a su alrededor. Y luego puede obtener estadísticas muy, muy profundas sobre las diversas formas en que puede regularse ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Kara Manke. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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