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La nueva técnica podría ayudar a los tratamientos para las enfermedades que conducen a la parálisis
Los científicos han descubierto una nueva forma de convertir las células de la piel humana directamente en neuronas motoras (arriba). La técnica, desarrollada en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, podría ayudar a los investigadores a comprender mejor las enfermedades de las neuronas motoras, como la esclerosis lateral amiotrófica. Las neuronas motoras humanas son difíciles de estudiar ya que no pueden extraerse de pacientes vivos. Las neuronas motoras que se muestran en la imagen se convirtieron a partir de células de la piel extraídas de una mujer sana de 42 años. (Imagen: Daniel Abernathy)
Los científicos que trabajan para desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades neurodegenerativas se han visto obstaculizados por la incapacidad de desarrollar neuronas motoras humanas en el laboratorio. Las neuronas motoras impulsan las contracciones musculares, y su daño es la base de enfermedades devastadoras como la esclerosis lateral amiotrófica y la atrofia muscular espinal, que en última instancia conducen a la parálisis y la muerte prematura.
En una nueva investigación, científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han convertido células de la piel de adultos sanos directamente en neuronas motoras sin pasar por un estado de células madre.
La técnica permite estudiar las neuronas motoras del sistema nervioso central humano en el laboratorio. A diferencia de las neuronas motoras de ratón comúnmente estudiadas, las neuronas motoras humanas que crecen en el laboratorio serían una nueva herramienta, ya que los investigadores no pueden tomar muestras de estas neuronas de personas vivas, pero pueden tomar fácilmente muestras de piel.
El estudio se publica el 7 de septiembre en la revista Cell Stem Cell.
Evitar la fase de células madre elimina las preocupaciones éticas que surgen cuando se producen las llamadas células madre pluripotentes, que son similares a las células madre embrionarias en su capacidad para convertirse en todos los tipos de células adultas. Y lo que es más importante, evitar un estado de células madre permite que las neuronas motoras resultantes conserven la edad de las células originales de la piel y, por lo tanto, la edad del paciente. Mantener la edad cronológica de estas células es vital cuando se estudian enfermedades neurodegenerativas que se desarrollan en personas de diferentes edades y empeoran durante décadas.
“En este estudio, solo usamos células de la piel de adultos sanos con edades comprendidas entre los 20 y los 60 años”, dijo el autor principal Andrew S. Yoo, PhD , profesor asistente de biología del desarrollo. “Nuestra investigación reveló cómo las pequeñas moléculas de ARN pueden trabajar con otras señales celulares llamadas factores de transcripción para generar tipos específicos de neuronas, en este caso, las neuronas motoras. En el futuro, nos gustaría estudiar las células de la piel de pacientes con trastornos de las neuronas motoras. Nuestro proceso de conversión debería modelar los aspectos de aparición tardía de la enfermedad utilizando neuronas derivadas de pacientes con la afección”.
“Volver a pasar por una fase de células madre pluripotentes es un poco como demoler una casa y construir una nueva desde cero”, dijo Yoo. “Lo que estamos haciendo es más como una renovación. Cambiamos el interior pero dejamos la estructura original, que conserva las características de las neuronas adultas envejecidas que queremos estudiar”.
La capacidad de los científicos para convertir las células de la piel humana en otros tipos de células, como las neuronas, tiene el potencial de mejorar la comprensión de las enfermedades y conducir a encontrar nuevas formas de curar tejidos y órganos dañados, un campo llamado medicina regenerativa.
Las células de piel humana (arriba) extraídas de un adulto sano y luego convertidas en diferentes tipos de neuronas tienen el potencial de ser una valiosa herramienta de investigación. Muestras de piel similares de pacientes con enfermedades neurodegenerativas podrían permitir a los científicos estudiar la enfermedad en su tipo de célula nativa. (Imagen: Daniel Abernathy)
Para convertir las células de la piel en neuronas motoras, los investigadores expusieron las células de la piel a señales moleculares que normalmente están presentes en niveles elevados en el cerebro. El trabajo anterior de Yoo y sus colegas, entonces en la Universidad de Stanford, mostró que la exposición a dos fragmentos cortos de ARN convirtió las células de la piel humana en neuronas. Estos dos microARN, llamados miR-9 y miR-124, están involucrados en el reenvasado de las instrucciones genéticas de la célula.
En el nuevo estudio, los investigadores caracterizaron ampliamente este proceso de reenvasado, detallando cómo las células de la piel reprogramadas en neuronas genéricas pueden luego guiarse hacia tipos específicos de neuronas. Descubrieron que los genes involucrados en este proceso se preparan para la expresión pero permanecen inactivos hasta que se proporciona la combinación correcta de moléculas. Después de mucha experimentación con múltiples combinaciones, los investigadores encontraron que agregar dos señales más a la mezcla, factores de transcripción llamados ISL1 y LHX3, convirtieron las células de la piel en neuronas motoras de la médula espinal en aproximadamente 30 días.
La combinación de señales, los microARN miR-9 y miR-124 más los factores de transcripción ISL1 y LHX3, le dice a la célula que pliegue las instrucciones genéticas para hacer piel y despliegue las instrucciones para hacer neuronas motoras, según Yoo y el coautor del estudio. autores, Daniel G. Abernathy y Matthew J. McCoy, estudiantes de doctorado en el laboratorio de Yoo; y Woo Kyung Kim, PhD, investigador asociado postdoctoral.
Otro estudio anterior del equipo de Yoo mostró que la exposición a los mismos dos microARN, miR-9 y miR-124, más una combinación diferente de factores de transcripción podría convertir las células de la piel en un tipo diferente de neurona. En ese caso, las células de la piel se convirtieron en neuronas espinosas medianas del cuerpo estriado, que se ven afectadas en la enfermedad de Huntington, un trastorno genético hereditario y eventualmente fatal que causa movimientos musculares involuntarios y deterioro cognitivo que comienza en la edad adulta media.
En el nuevo estudio, los investigadores dijeron que las neuronas motoras convertidas se compararon favorablemente con las neuronas motoras normales de ratón, en términos de los genes que se activan y desactivan y cómo funcionan. Pero los científicos no pueden estar seguros de que estas células coincidan perfectamente con las neuronas motoras humanas nativas, ya que es difícil obtener muestras de neuronas motoras cultivadas de individuos adultos. Se requiere un trabajo futuro que estudie muestras de neuronas donadas de pacientes después de la muerte para determinar con qué precisión estas células imitan las neuronas motoras humanas nativas.
Este trabajo cuenta con el apoyo del Premio al Innovador del Director de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), número de subvención DP2NS083372-01; el Premio Presidencial a la Carrera Inicial para Científicos e Ingenieros; el Programa de Investigación de Lesiones/Enfermedades de la Médula Espinal de Missouri; el Fondo para la Cura del Alzheimer; Beca para profesores Andrew B. y Virginia C. Craig; una beca para estudiantes graduados Philip y Sima Needleman; una beca predoctoral institucional del Premio del Servicio Nacional de Investigación Ruth L. Kirschstein, número de subvención T32GM081739; y el Children’s Discovery Institute.
Abernathy DG, Kim WK, McCoy MJ, Lake AM, Ouwenga R, Lee SW, Xing X, Li D, Lee HJ, Heuckeroth RO, Dougherty JD, Wang T, Yoo AS. Los microARN inducen un entorno de cromatina permisivo que permite la reprogramación específica de subtipos neuronales de fibroblastos humanos adultos. Célula Célula Madre. 7 de septiembre de 2017.
Los 2100 médicos empleados y voluntarios de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington también forman parte del personal médico de los hospitales Barnes-Jewish y St. Louis Children’s . La Facultad de Medicina es una de las instituciones líderes en investigación médica, enseñanza y atención al paciente en la nación, actualmente ocupa el séptimo lugar en la nación según US News & World Report. A través de sus afiliaciones con los hospitales Barnes-Jewish y St. Louis Children’s, la Escuela de Medicina está vinculada a BJC HealthCare .
Publicado originalmente por la Facultad de Medicina
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Dr. Martin Passen, a dedicated nutrition educator with a master’s in nutrition education and nearing completion of a clinical nutrition and dietetics master’s. Passionate about sharing valuable information effectively.