El mapa de la piel humana muestra cómo se desarrolla este órgano y cómo evitar las cicatrices
Por primera vez, los científicos han elaborado un atlas unicelular de la piel humana prenatal para comprender cómo se forma la piel y qué falla en las enfermedades dérmicas. El avance tiene un gran potencial clínico, especialmente en la medicina regenerativa, el trasplante de piel y el tratamiento de la alopecia.
Por Enrique Coperías
Investigadores del Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Newcastle y sus colaboradores han utilizado la secuenciación unicelular y otras técnicas genómicas para crear el atlas y descubrir cómo se forma la piel humana, incluidos los folículos pilosos. Estos conocimientos podrían utilizarse para crear nuevos folículos pilosos en los campos de la medicina regenerativa y los trasplantes de piel para, por ejemplo, las víctimas de quemaduras.
En el estudio, publicado en la revista Nature, el equipo también creó un miniórgano de piel —un organóide— en una placa de Petri con capacidad para hacer crecer pelo. Gracias a este organoide, demostraron que las células inmunitarias desempeñan un papel importante en la reparación de la piel sin que queden cicatrices, lo que podría dar lugar a aplicaciones clínicas para prevenir su formación tras una intervención quirúrgica o el cierre de una herida sin que queden marcas.
Como parte del Atlas Celular Humano, que está cartografiando todos los tipos celulares del cuerpo humano para transformar la comprensión de la salud y la enfermedad del órgano que envuelve el cuerpo, los investigadores aportan una receta molecular para construir la piel y un nuevo modelo de organoide para estudiar las enfermedades cutáneas congénitas.
Antes del nacimiento, la piel tiene la capacidad única de cicatrizar sin dejar cicatrices
La piel es el órgano más grande del cuerpo humano, con una superficie media de dos metros cuadrados. Constituye una barrera protectora, regula la temperatura corporal y puede regenerarse. La piel se desarrolla en el entorno estéril del útero, con todos los folículos pilosos formados antes del nacimiento.
Tras el parto, se produce un ciclo folicular, con sus fases: anágena, que se corresponde con el crecimiento activo del cabello, que puede durar de dos a siete años; catágena, periodo de transición que dura unas pocas semanas y en el que el crecimiento del cabello se detiene y el folículo se encoge; y telógena, la fase de reposo que puede durar de tres a cuatromeses.
El ciclo folicular no va acompañado de la formación de nuevos folículos. Y antes del nacimiento, la piel tiene la capacidad única de cicatrizar sin dejar cicatrices.
Estudiar cómo se desarrolla la piel humana constituye un reto para la ciencia, ya que los modelos animales presentan diferencias clave. Como parte del Atlas Celular Humano, un equipo de investigadores trabaja codo con codo para estudiar los detalles más íntimos de la formación de la piel. Comprender cómo se desarrolla, dónde están las células dérmicas en el espacio y el tiempo y el papel de la genética ayudará a revelar cómo determinadas mutaciones causan trastornos cutáneos congénitos. Es el caso de las lesiones ampollosas y la ictiosis.
Muestra de piel humana sometida a un innovador sistema de análisis de biología espacial desarrollado por 10x Genomics llamado Xenium Analyzer. Permite realizar un perfilado espacial de la expresión génica a nivel de células individuales dentro de secciones de tejido, y es capaz de analizar simultáneamente hasta 500 genes en un solo experimento. Crédito: Instituto Wellcome Sanger
En este nuevo estudio, el equipo de investigación ha creado el primer atlas unicelular y espacial de la piel prenatal humana.
El equipo utilizó muestras de tejido cutáneo prenatal, que desmenuzaron para observar células individuales en suspensión, así como células en su ubicación natural dentro del tejido. Los científicos utilizaron la secuenciación unicelular de vanguardia y la transcriptómica espacial para analizar las células individuales en el espacio y el tiempo, así como los cambios celulares que regulan el desarrollo de la piel y el folículo piloso. Describieron los pasos que determinan la formación de los folículos pilosos humanos e identificaron las diferencias con los folículos pilosos de ratón.
Un organoide con capacidad para hacer crecer pelo
Utilizando células madre adultas, los investigadores crearon también un organoide con capacidad para hacer crecer pelo. Compararon las características moleculares de los organoides cutáneos con la piel prenatal y descubrieron que el modelo de organoide cutáneo se parecía más a la piel prenatal que a la piel adulta.
El equipo descubrió que los vasos sanguíneos no se formaban en el organoide cutáneo tan bien como en la piel prenatal. Al añadir células inmunitarias conocidas como macrófagos al organoide, se toparon con que estas células del sistema inmunológico fomentaban la formación de vasos sanguíneos, y el equipo tomó imágenes en 3D para evaluar la génesis de aquellos dentro del tejido.
Investigadoras desarrollan organoides cutáneos en un laboratorio en el Instituto Wellcome Sanger. Crédito: Greg Moss / Instituto Wellcome Sanger
Se sabe que estas células inmunitarias protegen la piel de las infecciones. Sin embargo, es la primera vez que se demuestra que los macrófagos desempeñan un papel clave en la formación de la piel humana durante el desarrollo embrionario, al favorecer el crecimiento de vasos sanguíneos. Esto ofrece una opción para mejorar la vascularización de otros organoides tisulares.
El equipo también analizó las diferencias de tipos celulares entre la piel prenatal y la piel adulta. Mostraron cómo los macrófagos desempeñan un papel importante en la reparación cutánea sin cicatrices en la piel del feto, lo que podría dar lugar a aplicaciones clínicas para evitar la formación de cicatrices tras una intervención quirúrgica o una herida.
Como resultado de este estudio, el equipo aporta una receta molecular de cómo se construye la piel humana y cómo se forman los folículos pilosos. Estos conocimientos podrían utilizarse en la creación de nuevos folículos pilosos para la medicina regenerativa, por ejemplo para trasplantes de piel en víctimas de quemaduras o con alopecia cicatricial.
Genes que causan trastornos congénitos del cabello y la piel
El atlas prenatal de la piel humana también se utilizará para identificar en qué células están activos —o expresados— los genes que se sabe causan trastornos congénitos del cabello y la piel, como los trastornos ampollosos y la ictiosis, un conjunto de trastornos de la piel cuyos síntomas incluyen piel seca que pica y parece escamosa, áspera y roja.
Los investigadores descubrieron que los genes implicados en estos trastornos se expresan en la piel prenatal, lo que significa que se originan en el útero. Los organoides cutáneos creados en este estudio ofrecen un modelo nuevo y preciso para estudiar estas enfermedades.
«Con nuestro atlas prenatal de la piel humana, hemos proporcionado la primera receta molecular para fabricar piel humana y hemos descubierto cómo se forman los folículos pilosos humanos antes del nacimiento —explica la doctora Elena Winheim, coautora del estudio y miembro del Instituto Wellcome Sanger, en una nota de prensa emitida por este centro. Y añade—: Estos conocimientos tienen un potencial clínico asombroso, y podrían utilizarse en la medicina regenerativa, al ofrecer mejoras en los trasplantes de piel y capilares, como en el caso de las víctimas de quemaduras o de alopecia cicatricial».
«Estamos encantados de haber creado un modelo de organoide cutáneo al que le crece pelo. En este proceso hemos descubierto una nueva e importante función de las células inmunitarias en el fomento del crecimiento de los vasos sanguíneos en el tejido cutáneo en desarrollo, lo que podría ayudar a mejorar otros modelos de organoides. Estas células inmunitarias, llamadas macrófagos, también parecen desempeñar un papel clave en la reparación cutánea sin cicatrices en la piel prenatal. Nuestros hallazgos podrían servir de base a avances clínicos para evitar las cicatrices tras la cirugía».Doctora Hudaa Gopee, coautora del estudio y profesora de la Universidad de Newcastle.
«Nuestro atlas de piel humana prenatal y nuestro modelo de organoide proporcionan a la comunidad investigadora herramientas de libre acceso para estudiar las enfermedades congénitas de la piel y explorar las posibilidades de la medicina regenerativa —dicela profesora Muzlifah Haniffa, coautora principal y jefa de Genética Celular del Instituto Wellcome Sanger. Y concluye—: Estamos avanzando a pasos agigantados hacia la creación del Atlas Celular Humano, la comprensión de los pasos biológicos de cómo se construyen los seres humanos y la investigación de lo que falla en las enfermedades». ▪️
Información facilitada por el Wellcome Sanger Institute
Fuente: Gopee, N.H., Winheim, E., Olabi, B. et al. A prenatal skin atlas reveals immune regulation of human skin morphogenesis. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08002-x
