Salk lab convierte las células de la piel en tejido de las vías respiratorias humanas

Salk lab convierte las células de la piel en tejido de las vías respiratorias humanas

Al persuadir a las células madre derivadas de las células de la piel del propio paciente para que se conviertan en tejido de las vías respiratorias, los científicos pueden estudiar la base molecular del asma, el enfisema y otras enfermedades pulmonares.

LA JOLLA—Usando células de la piel reprogramadas, los investigadores han utilizado por primera vez técnicas de células madre para desarrollar ensamblajes completamente funcionales de las células que recubren las vías respiratorias que conducen a los pulmones. El tejido de las vías respiratorias cultivado en laboratorio ahora se puede usar para estudiar la base molecular de las enfermedades pulmonares, desde trastornos genéticos raros hasta afecciones comunes como el asma y el enfisema, y ​​probar nuevos medicamentos para tratar las enfermedades.

"Este trabajo es el comienzo de una era emocionante y muestra el progreso hacia algún día la creación de un pulmón funcional tridimensional en el laboratorio y ofrece oportunidades para probar terapias específicas", dice el autor principal del estudio. Inder Verma, profesor en Salk's Laboratorio de Genética y titular de la Cátedra Irwin y Joan Jacobs en Ciencias de la Vida Ejemplares.

Las células epiteliales (azul), que se derivan de las células madre, están dispuestas en una hoja plana, tal como están en el revestimiento de los pulmones. También imitando la forma en que están dispuestas las vías respiratorias, las células están en contacto con líquido por un lado (abajo) y aire por el otro.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

Los resultados del estudio se publicaron el 21 de marzo de 2014 en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

El estudio de enfermedades que afectan los pulmones y las vías respiratorias cercanas se ha visto limitado por la capacidad de recolectar tejido enfermo de los pacientes y la complejidad de los órganos. Múltiples tipos de células forman el tejido de las vías respiratorias, por lo que estudiar cómo una enfermedad cambia solo un tipo de célula en el laboratorio puede no ser un reflejo exacto del impacto total de la enfermedad.

En el nuevo trabajo, los investigadores desarrollaron el complejo tejido de las vías respiratorias, compuesto por cuatro tipos de células diferentes, mediante la reprogramación de células de la piel en células madre, y luego expusieron las células madre a una receta única de sustancias químicas que las dirigieron hacia una vía respiratoria específica. camino de desarrollo En lugar de utilizar células madre embrionarias para hacer crecer el tejido de las vías respiratorias, comenzaron con células de la piel fácilmente recolectables de los pacientes.

"De esta manera, tenemos la capacidad de acceder a poblaciones de pacientes con estas raras enfermedades pulmonares genéticas", dice Amy Firth, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Verma y primera autora del nuevo artículo. Dado que las células de la piel contienen el mismo conjunto maestro de genes que las células pulmonares, cualquier tejido de las vías respiratorias cultivado a partir de las células de la piel de un paciente tendrá la mutación genética que causa la enfermedad.

Verma, Firth y sus colegas primero usaron protocolos estándar para limpiar las células de la piel de toda la programación que las convirtió en células de la piel, convirtiéndolas en células madre pluripotentes inducidas (iPS) que tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo. Luego, expusieron las células iPS a proteínas, conocidas como factores de crecimiento y citocinas, que se sospecha que son clave para el desarrollo de las vías respiratorias. Para ver si una mezcla dada de proteínas era efectiva, los investigadores probaron si el tejido resultante tenía cada tipo de célula de las vías respiratorias dispuestas de la manera correcta y contenía cilios similares a pelos y moléculas clave necesarias para la función de las vías respiratorias. Después de prueba y error, encontraron la combinación precisa de factores de crecimiento necesarios para convencer a las células IPS en tejido de vías respiratorias completamente funcional.

"La capacidad de generar una variedad de células que componen un pulmón completamente maduro es el primer paso para comprender los mecanismos moleculares de muchas enfermedades pulmonares", dice Verma, quien también es profesor de biología molecular de la Sociedad Estadounidense del Cáncer.

Si bien las células cultivadas no son idénticas a las que se encuentran en todas las partes del pulmón, procedimientos similares podrían determinar cómo cultivar tejido de otras secciones del sistema respiratorio. El nuevo protocolo ya se puede utilizar para desarrollar poblaciones de células para estudiar enfermedades raras, como la discinesia ciliar primaria, que se sabe afecta los cilios que recubren las vías respiratorias. Además, se podrían probar nuevos tratamientos o terapias genéticas en tejido de las vías respiratorias cultivado en laboratorio derivado de las células de un paciente afectado.

"Es de esperar que algún día sea posible corregir las mutaciones genéticas en estos tejidos e injertarlos nuevamente en las vías respiratorias de un paciente", afirma Firth.

El tejido de las vías respiratorias cultivado en el laboratorio también podría revelar cómo los contaminantes o la nicotina exacerban los síntomas de enfermedades no solo afectadas por la genética sino también por el aire que respira una persona.

La investigación fue una colaboración con fred gage, profesor de genética de Salk y titular de la Cátedra Vi and John Adler para la investigación de enfermedades neurodegenerativas relacionadas con la edad. Otros investigadores del estudio fueron Carl Dargitz, Susan Qualls, Tushar Menon, Rebecca Wright, Oded Singer y Ajai Khanna de la Universidad de California en San Diego.

El trabajo fue apoyado por el Fundación Berger y Instituto de Medicina Regenerativa de California subvención, y se hizo uso de las instalaciones y equipos apoyados por el Fundación Waitt, Instituto Nacional del Cáncer, Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidente Cerebrovascular, Instituto de Medicina Regenerativa de Californiay Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias biológicas en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en orientar a las futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.