Altavoz 1: Bienvenido al podcast Where Cures Begin del Instituto Salk, donde los científicos hablan sobre descubrimientos innovadores con sus anfitriones Allie Akmal y Brittany Fair.
Allie Akmal: Las instalaciones principales son recursos compartidos por todos los laboratorios de Salk para que cada laboratorio no tenga que desarrollar su propia experiencia en, por ejemplo, secuenciación de genes o microscopía especializada. Ken Diffenderfer dirige una instalación central de células madre y tuvimos la oportunidad de hablar con él sobre lo que implica exactamente. ¿Qué hace un núcleo de células madre?
Ken Diffenderfer: Sí, entonces nuestro laboratorio se enfoca en proporcionar modelos de células madre humanas a los investigadores del instituto con el fin de estudiar el envejecimiento, el desarrollo y las enfermedades en los sistemas de células humanas.
Allie Akmal: Cuéntame un poco sobre qué son las células madre para las personas que no saben.
Ken Diffenderfer: Si absolutamente. Gran pregunta. Entonces, las células madre son un tipo de célula que tiene una capacidad increíblemente única para convertirse en un tipo de célula diferente.
Allie Akmal: ¿Y qué quiere decir con un tipo de célula diferente?
Ken Diffenderfer: Bien. Somos organismos multicelulares muy complejos en los que las células se están integrando entre sí y los órganos y sistemas de órganos se están integrando para formarnos, ¿verdad? Toda esa complejidad proviene en última instancia de una sola célula, ¿verdad? Entonces, el poder de una célula STEM para convertirse en todos estos constituyentes únicos de partes de órganos de sistemas de órganos es realmente lo que los hace únicos. Esta propiedad que tienen que les permite hacer esto es lo que llamamos diferenciación. Y así, en el nivel más básico, una célula madre es una célula que puede diferenciarse en otra cosa.
Allie Akmal: ¿Es eso como especializarse?
Ken Diffenderfer: Si absolutamente. Puedes pensarlo de esa manera. Sí. Entonces, la célula no tiene un propósito definido y luego toma decisiones de vida, y con el tiempo se convierte en una unidad increíblemente especializada que tiene un propósito único dentro de cualquier parte del cuerpo en la que potencialmente exista.
Allie Akmal: Guau. Eso es genial. Suenas muy emocionado cuando hablas de células madre. ¿Cómo llegaste a hacer esto?
Ken Diffenderfer: Sí. Así que mi primera exposición a las células madre fue como estudiante de grado en Cal State Channel Islands y tuve la oportunidad de trabajar con un laboratorio allí que estaba estudiando una línea de células madre neurales y realmente usar esto como una especie de plataforma para ver cómo algunos medicamentos que un El químico en el campus estaba desarrollando haría que esa célula reaccionara, ¿verdad? ¿Haría que dividiera más, dividiera menos? ¿Causaría que esa célula madre neuronal produzca tipos específicos de neuronas a una frecuencia más alta que otras? Pero realmente me llamó la atención que estas células son increíblemente poderosas.
Allie Akmal: Así que los estudiaste como estudiante universitario.
Ken Diffenderfer: Sí.
Allie Akmal: ¿Y luego fuiste a la escuela de posgrado?
Ken Diffenderfer: Sí. Sí. Así que fui a la escuela de posgrado también en Cal State Channel Islands. Hice un programa de maestría allí, que tenía como componente una tecnología de células madre. Y una parte de eso fue hacer una pasantía de un año, que hice localmente en el área de San Diego, en el Instituto Scripps. Eso me llevó a un puesto aquí en Salk.
Allie Akmal: ¿Y cuáles son algunas de las emocionantes formas en que las células madre se pueden utilizar en la investigación?
Ken Diffenderfer: Ah, sí, quiero decir que son abundantes y diversos. Algunas de las formas realmente emocionantes en que las usamos aquí en el Instituto Salk es a través de la derivación de líneas de células madre específicas de pacientes con el propósito de estudiar enfermedades, y esta es una tecnología que fue desarrollada por un científico japonés llamado Shinya Yamanaka atrás en 2006 donde podemos tomar efectivamente una célula permanentemente diferenciada, una célula que ha hecho todas sus elecciones de vida. Ya no es una célula madre, y podríamos acceder a ese material a través de una biopsia, a través de una extracción de sangre y tomar esas células y revertirlas hasta las primeras etapas del desarrollo humano.
Allie Akmal: ¿Cómo moverías eso hacia atrás en el tiempo?
Ken Diffenderfer: La mayoría de las veces, cuando estamos haciendo esto, la biopsia de piel nos llega en lo que llamamos una biopsia con sacabocados, pero es solo un pequeño tipo de núcleo de piel, de aproximadamente tres milímetros de diámetro. Tomaremos ese pedacito de piel y lo trataremos con enzimas durante la noche. Y esas enzimas simplemente están rompiendo todas las células individuales que están dentro de esa biopsia. Y luego podemos esencialmente poner esas células en un plato de plástico, cultivarlas, expandirlas a medida que comienzan a cubrir toda la superficie del plato. Y luego podemos introducir cuatro genes clave en esas células. Y estos son los cuatro genes clave que el Dr. Yamanaka descubrió en 2006. Por lo tanto, usamos virus de alta ingeniería a los que se les han eliminado todos los elementos que causan enfermedades. Y esencialmente los usamos como lanzaderas para el material genético. Entonces, infectaremos las células con estos virus y luego les permitiremos hacer esta transición desde una célula permanentemente diferenciada y permanentemente desarrollada hasta las primeras etapas del desarrollo humano, que describimos como pluripotencialidad.
Ken Diffenderfer: Y ese proceso lleva aproximadamente de tres a cuatro semanas. Y tan esencialmente como las células de la piel colgando en el plato, y luego, con el tiempo, comienzan a cambiar ligeramente. Y vemos que las células de la piel cambian de estas células muy alargadas que se agrupan muy juntas en estos grupos de células muy, muy pequeños y muy compactos que llamamos colonias. Y estas colonias son las células madre pluripotentes inducidas que comienzan a formarse.
Allie Akmal: Entonces, en ese punto, ¿esas células son capaces de convertirse en una célula del corazón, una célula pulmonar o una célula cerebral?
Ken Diffenderfer: Absolutamente. En ese momento, esas células son pluripotentes, que es la capacidad única de una célula madre para convertirse en absolutamente cualquier tipo de célula en el cuerpo humano.
Allie Akmal: Wow.
Ken Diffenderfer: Y si pensamos en hacer esto de una manera específica para el paciente, como podemos hacerlo con las tecnologías de células madre pluripotentes inducidas, la mayoría de las personas se emocionan mucho. Tengo un familiar que tiene Parkinson. Puedes estudiar eso, ¿verdad? Tengo un familiar que tiene fibrosis quística. Puedes estudiar eso. Entonces, hay una conexión inmediata que las personas pueden comenzar a hacer estas tecnologías y ver no solo el valor para la comunidad académica y la comunidad médica a medida que investigamos estas enfermedades y las comprendemos mejor, sino también cómo estos conocimientos pueden conducir a mejor trato, mejores terapias.
Allie Akmal: Así que ayúdenme a obtener una imagen de cómo se ve el núcleo de la célula madre. ¿Tiene grandes tinas de líquido que tienen células madre indiferenciadas flotando en ellas?
Ken Diffenderfer: Sí. Esa es una buena pregunta. Estamos literalmente a la vuelta de la esquina. ¿Quieres ir y hacer un recorrido?
Allie Akmal: ¿Quieres decir ahora?
Ken Diffenderfer: Si absolutamente.
Allie Akmal: Por supuesto.
Ken Diffenderfer: Me siento como si estuviéramos en un episodio de “Radio Lab”. Bueno. Así que entremos al Núcleo.
Allie Akmal: Bueno.
Ken Diffenderfer: Si la puerta se abre para nosotros. Aquí vamos. Bien, Allie, bienvenida al Núcleo de Células Madre de Salk.
Allie Akmal: Gracias, Ken.
Ken Diffenderfer: Tenemos algunos equipos especializados que nos permiten obtener imágenes de los modelos celulares con los que trabajamos. Algunos son solo una especie de microscopios estándar que nos permiten sacar un cultivo celular de una incubadora, ponerlo en la platina del microscopio y visualizarlo, y algunos son en realidad un poco más emocionantes. Así que quiero mostrártelo ahora mismo.
Allie Akmal: ¿La Yokogawa Cell Voyager 1000?
Ken Diffenderfer: Tenemos que sí, así que este es un sistema genial que nos permite hacer imágenes de muy alta resolución, imágenes de estilo confocal. Pero esta cámara en realidad está diseñada para mantener las células a 37 grados centígrados, que es la temperatura corporal, y también inyecta una pequeña cantidad de CO.2 dentro de ellos, e imita exactamente las mismas condiciones en las que crecen las células cuando las almacenamos en incubadoras. Y así podemos hacer experimentos de imágenes durante un período de tiempo muy largo, programar el software que ejecuta el microscopio para obtener imágenes cada cinco minutos por hora en el transcurso de un día, dos semanas, un mes.
Allie Akmal: Wow.
Ken Diffenderfer: Y realmente rastrear cómo se comportan las células durante ese tiempo y monitorear esos cambios visualmente. Y este es el que usamos con más frecuencia. Este es nuestro Incucyte. Este es en realidad un microscopio que vive dentro de una incubadora. Pero lo que hace que este sea genial es que en realidad puede obtener imágenes de varias placas al mismo tiempo. En realidad es una imagen en este momento. Así que no puedo abrirlo y mostrártelo.
Allie Akmal: Parece una nevera para vinos, pero para celdas.
Ken Diffenderfer: Parece una nevera de vinos para CellS. Sí, un poco más caliente que tu nevera de vinos. Sí.
Allie Akmal: Bueno.
Ken Diffenderfer: Sí.
Allie Akmal: Guay.
Ken Diffenderfer: Así que eso es lo que tenemos en este bit. Si avanzamos por el pasillo aquí y vemos otra de nuestras bahías, y esta bahía es una bahía que hemos dedicado a la preparación de medios. Este es un pasillo un poco largo donde tenemos algunos bancos a un lado y luego algunos estantes con varios artículos de vidrio que usamos para producción y medios.
Allie Akmal: Y cuando dices medios, ¿no estás hablando de CNN o NPR?
Ken Diffenderfer: No, no estoy hablando de esos fantásticos medios de comunicación. Estoy hablando del líquido en el que crecen las células. Correcto. Y este es nuestro medio de cultivo celular. Y muchos de los modelos de células utilizados aquí en el núcleo de células madre tienen criterios increíblemente especializados para ese medio líquido en el que crecen. Por lo tanto, tenemos el lujo de tener cierta experiencia en cuáles son esos requisitos aquí. Y de hecho podemos hacer estos medios complicados en casa. Y entonces hacemos mucho de eso aquí en esta bahía. No está muy ocupado ahora, pero aproximadamente cada dos semanas hacemos una de estas preparaciones de gran volumen de este medio especializado. Y todo está hecho a mano. No hay robots o automatización haciendo esto. Somos nuestro pequeño equipo de técnicos y yo mismo los que mezclamos físicamente estos diversos componentes y los filtramos de forma estéril y luego los proporcionamos a nuestra base de usuarios. Sí.
Allie Akmal: Eso es como hacer cócteles personalizados para las células.
Ken Diffenderfer: Exactamente. Sí. Pero no bebemos este desafortunadamente. Sí. Fresco. Entonces, al bajar, si giramos a la derecha, tenemos una de nuestras bahías de cultivo de tejidos, y estas bahías son absolutamente el corazón de la instalación. Aquí es donde ocurre toda la actividad del cultivo celular.
Allie Akmal: Entonces, ¿qué tipo de células tienes para nosotros hoy?
Ken Diffenderfer: Dios mío, tenemos tantas cosas. Lo primero que quiero mostrarles son unos fibroblastos.
Allie Akmal: fibroblastos.
Ken Diffenderfer: fibroblastos. Estas son células que en realidad podemos derivar de una pequeña biopsia de piel humana. Estos fibroblastos son uno de los materiales de partida muy, muy comunes para hacer ese IPSC o proceso de derivación de células madre pluripotentes inducidas. Bien. Y los fibroblastos que estamos analizando actualmente provienen de una colaboración con un gran grupo de investigadores de la UCSD que estudian la enfermedad de Alzheimer. Entonces, estos fibroblastos son en realidad de un individuo con la enfermedad de Alzheimer, y los estamos cultivando. Así que este es el material de partida aquí. Y antes de que nos pongamos bajo el microscopio, solo quiero mostrarles, si observan el pozo aquí, y esta fue una de nuestras placas de pozo. Tenemos 24 pozos pequeños en este plato. Y uno de estos pozos tiene una cantidad muy, muy pequeña de medios y tiene un pequeño disco de tejido que quizás puedan ver allí. Y eso es en realidad-
Allie Akmal: Oh si.
Ken Diffenderfer: La piel, la biopsia con sacabocados de la piel, se asienta justo en el fondo de la placa. Y lo que hacemos es cuando llegan estas biopsias, las tratamos durante la noche con enzimas. Y luego, al día siguiente, entraremos y enjuagaremos las enzimas y luego pondremos ese pequeño disco pequeño de tejido en el fondo del plato que ha sido codificado con gelatina, exactamente la misma gelatina que usaría en casa para hacer gelatina. Es solo una especie de grado biológico de cultivo celular.
Allie Akmal: Wow.
Ken Diffenderfer: de eso Y luego dejamos que se adhiera a esa gelatina y le ponemos la cantidad más pequeña de medios. Solo lo suficiente para que se mantenga hidratado, pero no tanto como para que el medio pase por encima del tejido. Porque si eso sucede, el tejido comenzará a flotar. Y queremos que se siente en esa gelatina. Y mientras se asienta sobre esa gelatina, pequeñas células comenzarán a salir de esa biopsia. Y así es como obtenemos las células de este tejido.
Allie Akmal: Guau. Y estás controlando el microscopio con las computadoras que...
Ken Diffenderfer: Entonces, este microscopio tiene una pequeña cámara pequeña, y esto realmente nos permite a todos mirar exactamente lo mismo al mismo tiempo, en lugar de que todos intenten apretar los dos pequeños oculares. Entonces, tenemos una pequeña cámara pequeña, y eso solo transmitirá esta imagen en la pantalla de la computadora aquí. Permítanme enfocar esto apropiadamente. Aquí está el borde del tejido. Es un pequeño disco circular pequeño. Escaneemos alrededor y veamos si podemos ver alguna celda. Creo que veo algunos. Obtenga este enfoque apropiadamente. Entonces, si miras directamente al borde aquí, es un poco difícil de ver en la pantalla. Pueden ver que tenemos estas pequeñas células, estas pequeñas células circulares justo en el borde de este tejido y que allí, como que están arrastrándose fuera del tejido.
Allie Akmal: Así que los pequeños círculos translúcidos, ¿es eso lo que quieres decir?
Ken Diffenderfer: Sí, sí. Los que están pegados al fondo del plato aquí.
Allie Akmal: Bueno.
Ken Diffenderfer: Oh sí. Aquí hay un área mucho más dinámica. Entonces, este es realmente un mejor ejemplo de eso, y pueden ver aquí, estoy en la parte superior de la biopsia, esa área está muy activa con células que salen de ella.
Allie Akmal: Para ser claros, no estamos viendo ningún movimiento en tiempo real, pero hay una mayor concentración de células en el borde del tejido de la biopsia cuyo movimiento hacia afuera sería obvio si tuviéramos que mirar una imagen tomada antes. Casi parece un arrecife en un océano.
Ken Diffenderfer: Sí.
Allie Akmal: Que estás viendo debajo de la superficie.
Ken Diffenderfer: Sí. Absolutamente. Podrías pensarlo así. Si, si, si. Entonces, lo siguiente, ustedes son células madre pluripotentes inducidas. Se ven como un grupo de células muy, muy compactas que normalmente veríamos en el desarrollo humano muy temprano.
Allie Akmal: ¿Como poco después de que un espermatozoide haya fertilizado un óvulo?
Ken Diffenderfer: Sí, como cinco días después de eso.
Allie Akmal: Wow.
Ken Diffenderfer: Sí. Sí. Pero estas células no son de ese proceso. ¿Bien? Estas son células madre pluripotentes inducidas que provienen de la piel humana que hemos reprogramado al estado de células madre pluripotentes inducidas, pero todavía imitan muchas de esas cualidades, muchos de esos comportamientos que veríamos con un tallo embrionario. celúla.
Allie Akmal: Eso es increíble.
Ken Diffenderfer: Entonces, lo que les mostraría a continuación es uno de los emocionantes puntos finales que podemos generar. Y estos son cardiomiocitos o células del músculo cardíaco. Bueno. Y lo muy, muy bueno de estas células es que a medida que avanzamos en el proceso de diferenciarlas de las células madre pluripotentes y maduran, las células maduras harán algo muy, muy bueno. Espero que ustedes puedan ver.
Allie Akmal: Oh Dios mío.
Ken Diffenderfer: Que estas células en realidad pulsan rítmicamente.
Allie Akmal: Sí.
Ken Diffenderfer: Y esto no es un engaño. No estoy sacudiendo el plato. Esto es lo que hacen estas células a medida que maduran.
Allie Akmal: Eso es una locura. Están todos sincronizados.
Ken Diffenderfer: Están algo sincronizados, ¿verdad? Todavía no es la organización dramática de un corazón de cuatro cámaras que esperaríamos ver. Pero no es una especie de evento aleatorio. ¿Bien? Hay cierta organización incluso en una monocapa, una sola capa de células que está haciendo...
Allie Akmal: Sí, es salvaje. En las primeras etapas, saben lo que deben hacer.
Ken Diffenderfer: Sí. Sí. Así que eso es lo que estamos viendo aquí.
Allie Akmal: Eso es realmente asombroso.
Ken Diffenderfer: Células del corazón latiendo. Sí.
Allie Akmal: Eso es tan…
Ken Diffenderfer: Así que es difícil de describir, ¿verdad?
Allie Akmal: Es difícil dejar de mirar.
Ken Diffenderfer: Es muy difícil dejar de mirar. Nos volvemos muy geek con esto y nos encanta verlo. Cuando tengamos un mal día, vendremos y miraremos los cardiomiocitos.
Allie Akmal: Es realmente relajante.
Ken Diffenderfer: Adular sobre ellos. Sí. Solo necesitamos algo de música tipo Zen aquí. Todos podemos relajarnos. Saca las colchonetas de yoga.
Allie Akmal: Muy genial.
Ken Diffenderfer: Sí.
Allie Akmal: ¿Y cuánto tiempo pueden permanecer así?
Ken Diffenderfer: Sí, los cardiomiocitos de nuestras manos son muy sensibles a los cambios de temperatura. A medida que estos permanecen fuera de la incubadora, comenzarán a disminuir la velocidad y eventualmente dejarán de latir. Los volvemos a meter en la incubadora, volverán a latir en unas pocas horas. Bueno. Además, cuando cambiamos de medio en estas celdas, vemos que sucede lo mismo: se ralentizan o dejan de latir. Y luego, si los devolvemos a la incubadora en unas pocas horas, vuelven a latir. Así que chicos, en realidad rescaté esto para ustedes cuando estábamos llegando antes.
Allie Akmal: ¿Cómo es eso?
Ken Diffenderfer: Uno de nuestros técnicos aquí estuvo a punto de cambiar los medios en todos estos. Así que lo atrapé justo antes.
Allie Akmal: Oh wow.
Ken Diffenderfer: De lo contrario, probablemente no veríamos células latiendo en este momento.
Allie Akmal: Wow.
Ken Diffenderfer: Sí.
Allie Akmal: Simplemente habrían estado descansando y acostumbrándose a los nuevos medios.
Ken Diffenderfer: Habrían estado descansando y acostumbrándose a los nuevos medios. Exactamente.
Allie Akmal: Oh, Dios mío, nos has dado el gran recorrido.
Ken Diffenderfer: Gracias.
Allie Akmal: Golpeaste todos los aspectos más destacados.
Ken Diffenderfer: Muchas gracias por venir. Estoy muy contento de poder compartir un poco de las celdas con ustedes hoy y mostrarles esto.
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