Desarrollo embrionario en cultivo celular
Un grupo de investigación puede reproducir por primera vez el desarrollo temprano del corazón humano en una placa de cultivo utilizando células madre pluripotentes humanas
Para estudiar las primeras etapas del desarrollo embrionario en la placa de cultivo celular, los científicos utilizan las llamadas células madre pluripotentes humanas (hPSC). Se trata de células con notables propiedades especiales que pueden multiplicarse indefinidamente y son capaces de formar cualquier tipo de célula funcional del organismo. Con la ayuda de la aplicación de señales biológicas o químicas específicas, las hPSC pueden ser dirigidas, por ejemplo, para que formen exclusivamente células puras del músculo cardíaco. Éstas pueden entonces crecer juntas de forma específica para formar un tejido - una herramienta importante que permite el desarrollo de nuevas terapias en la medicina del corazón.
La Dra. Lika Drakhlis y el Dr. Robert Zweigerdt con biorreactores y una placa de cultivo celular especial que sirve de plataforma para cultivar los agregados de hPSC.
Copyright: Karin Kaiser / MHH
Sin embargo, hasta ahora no se había podido reproducir en el cultivo celular la diferenciación secuencial de múltiples tipos de células que surgen paso a paso durante el desarrollo del corazón y forman las complejas estructuras del órgano mediante la autoorganización de las estructuras de los tejidos complejos. Ahora, por primera vez, un equipo de investigación dirigido por el Dr. Robert Zweigerdt, biólogo celular de los Laboratorios de Investigación Leibniz de Biotecnología y Órganos Artificiales (LEBAO) de la Facultad de Medicina de Hannover (MHH), ha logrado este objetivo. Por primera vez, los científicos han logrado reproducir con exactitud la trayectoria completa de las primeras etapas del desarrollo de un corazón humano en una placa de cultivo celular.
Los organoides que forman el corazón (HFO) también contienen anlagen de los vasos sanguíneos, el hígado y los pulmones
"Cultivamos las hPSC en forma de agregados celulares tridimensionales en un hidrogel de proteínas y observamos el desarrollo controlado en los llamados organoides formadores de corazón, o HFO", dice la Dra. Lika Drakhlis, doctora y primera autora del estudio. Para que las células formaran un corazón temprano, los científicos tuvieron que desarrollar un nuevo protocolo de diferenciación. Esta instrucción experimental especial con estrategia para dirigir las especificaciones exactas de la novela para el crecimiento de los modelos de organoides, que consisten en al menos siete tipos diferentes de células y tejidos altamente organizados y claramente estructurados, no existía hasta entonces para el corazón. Mediante la combinación de numerosos métodos microscópicos y moleculares, los científicos pudieron revelar que los HFOslos científicos fueron capaces de demostrar que los grupos de células, que tienen un tamaño de hasta dos milímetros, se desarrollan exactamente de la misma manera que se recapitulan los pasos clave conocidos del desarrollo del corazón en el embrión. "En esta fase temprana del desarrollo, los organoides constan de tres capas en forma de copa, que incluyen las células del corazón, los progenitores del hígado y los pulmones y los vasos sanguíneos, que se sabe que se influyen mutuamente", explica el primer autor.
Nuevas estrategias para el tratamiento de los defectos cardíacos y las pruebas de drogas
Sin embargo, estos novedosos hallazgos no sólo interesan a la comunidad científica para dilucidar el desarrollo de los órganos. Las mMalformaciones cardíacas heredadas causadas por defectos genéticos artificiales o propios de los pacientes también pueden estudiarse ahora en la placa de cultivo celularinvestigada más adecuadamente por la estrategia HFO. "Esto es importante para comprender mejor las cardiopatías congénitas y poder así desarrollar tratamientos más adecuados", explica el Dr. Zweigerdt. Además, los organoides son adecuados para probar agentes farmacológicos. "La eficacia de los efectos, así como los posibles efectos secundarios de los fármacos nuevos o ya desarrollados, también pueden estudiarse más adecuadamente en este nuevo y avanzado modelo. En este sentido, acabamos de iniciar una serie de estudios concretos para seguir validando y aplicando la estrategia HFO", subraya el autor principal, Robert Zweigerd, director del estudio.
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