Descubren una nueva forma de fabricar cartílago
Científicos estadounidenses presentan un nuevo método para generar cartílago humano de la cabeza y el cuello a partir de células madre.
Por la Universidad de Montana
Imagen conceptual de cultivo de cartílago en 3D en una placa de Petri. Crédito: DALL-E
Investigadores de la Universidad de Montana (UM), en Estados Unidos, han hallado un nuevo método para generar cartílago humano de cabeza y cuello.
Mark Grimes, profesor de biología de la División de Ciencias Biológicas de la UM, comenta que han inducido células madre para que se conviertan en el tipo celular que normalmente compone el cartílago craneofacial humano. Las células madre son células especiales que tienen la capacidad de convertirse en diferentes tipos de células en el cuerpo, un proceso conocido como diferenciación. Además, pueden replicarse a sí mismas muchas veces, un fenómeno conocido como autorrenovación. Estas características las hacen extremadamente valiosas para la medicina regenerativa y el tratamiento de diversas enfermedades.
Existen dos tipos principales de células madre: las células madre embrionarias, que se obtienen de embriones en las primeras etapas de desarrollo y que poseen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo humano, lo que las hace pluripotentes; y las células madre adultas. Estas se encuentran en tejidos adultos como la médula ósea, la sangre y el cerebro. A diferencia de las células madre embrionarias, las células madre adultas son generalmente multipotentes, lo que significa que tienen la capacidad de convertirse en varios tipos, pero no todos, de células dentro de un determinado grupo de tejidos.
De un tiempo a esta parte, el uso de células madre en medicina ha mostrado un enorme potencial, como es el caso de tratamientos para enfermedades de la sangre y el sistema inmunológico, así como el de trastornos neurodegenerativos, y la regeneración de tejidos, caso del cartilaginoso.
Organoides craneofaciales a partir de células de la cresta neural.
"Las células que normalmente dan lugar al cartílago de cabeza y cuello se denominan células de la cresta neural— explica Grimes. Dichas células son un grupo de células pluripotentes que se forman en las etapas tempranas del desarrollo embrionario de los vertebrados. Son extremadamente importantes debido a su capacidad para migrar por diferentes partes del cuerpo y diferenciarse en una variedad de tipos celulares. La cresta neural se origina en la frontera entre el ectodermo neural y el ectodermo no neural del tubo neural en desarrollo.
Esta imagen muestra un gráfico de patrones de expresión génica de organoides creados en un laboratorio de la UM en transición para convertirse en células que forman cartílago humano. Está superpuesto a una imagen de un organoide que muestra capas externas e internas distintas. Crédito: Universidad de Montana
A medida que el embrión se desarrolla, estas células se desplazan a diversas regiones y contribuyen a la formación de una amplia gama de estructuras, que incluye el cartílago de cabeza y cuello. "Encontramos un método novedoso para generar organoides craneofaciales a partir de células de la cresta neural", comenta Grimes.
Los organoides son una versión simplificada y en miniatura de un órgano que imita la arquitectura y la expresión génica del mismo. "Los organoides son un buen modelo de ciertos tejidos humanos que podemos estudiar de formas que no son posibles utilizando tejidos de seres humanos", explica Grimes.
Solo en Estados Unidos nacen cada año 230.000 niños con defectos craneofaciales.
En palabras de este experto, existe una necesidad imperiosa de explorar nuevos métodos de regeneración del cartílago humano para los 230.000 niños que nacen cada año en Estados Unidos con anomalías craneofaciales, como labio leporino, paladar hendido, craneosinostosis, malformaciones de la oreja, defectos de la mandíbula, macrocefalia y microcefalia. El cultivo de cartílago en el laboratorio también podría conducir a tratamientos eficaces para reparar el daño del cartílago craneofacial debido a lesiones.
Los investigadores estudiaron los datos de expresión génica a nivel del ARN y proteínas para revelar cómo surgen las células cartilaginosas a partir de células madre. Revelaron que las células madre se comunican entre sí en las primeras fases para convertirse en cartílago elástico, que es el que compone, por ejemplo, las orejas humanas.
Para ello, el equipo utilizó un extenso análisis de marcadores biológicos y técnicas de aprendizaje automático de reconocimiento de patrones con el propósito de comprender las vías de señalización celular que intervienen cuando las células se diferencian en cartílago.
Es difícil reconstruir elementos de nuestra anatomía, como las orejas, la nariz o la laringe, con las técnicas actuales de cirugía plástica, y el tejido trasplantado suelen rechazarse si a los pacientes no se les prescribe inmunosupresores.
"Para utilizar células madre derivadas de pacientes con el fin de generar cartílago craneofacial en el laboratorio, es necesario comprender los mecanismos de diferenciación específicos en los seres humanos— advierte Grimes. Y concluye—: Nuestro objetivo es desarrollar un protocolo de generación de cartílago craneofacial para trasplante utilizando células madre humanas".
Información facilitada por la Universidad de Montana - Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Ediciones
Fuente: Lauren Foltz, Nagashree Avabhrath, Jean-Marc Lanchy, Tyler Levy, Anthony Possemato, Majd Ariss, Bradley Peterson, Mark Grimes. Craniofacial chondrogenesis in organoids from human stem cell-derived neural crest cells. iScience (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109585.
