Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Diferenciación dirigida

La diferenciación dirigida es una metodología de bioingeniería que se sitúa en la interfaz entre la biología de las células madre , la biología del desarrollo y la ingeniería de...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La diferenciación dirigida es una metodología de bioingeniería que se sitúa en la interfaz entre la biología de las células madre , la biología del desarrollo y la ingeniería de tejidos . [ 1 ] Consiste esencialmente en aprovechar el potencial de las células madre limitando su diferenciación in vitro hacia un tipo celular o tejido específico de interés. [ 2 ] Las células madre son, por definición, pluripotentes , capaces de diferenciarse en varios tipos celulares como neuronas , [ 3 ] cardiomiocitos , hepatocitos , etc. La diferenciación dirigida eficiente requiere una comprensión detallada del linaje y la decisión del destino celular , a menudo proporcionada por la biología del desarrollo. [ 2 ] [ 4 ]

Marco conceptual

Durante la diferenciación, las células pluripotentes toman una serie de decisiones de desarrollo para generar primero las tres capas germinales ( ectodermo , mesodermo y endodermo ) del embrión y progenitores intermedios, [ 5 ] seguidas de decisiones subsiguientes o puntos de control, dando origen a todos los tejidos maduros del cuerpo. [ 4 ] El proceso de diferenciación puede modelarse como una secuencia de decisiones binarias basadas en modelos probabilísticos o estocásticos . La biología del desarrollo y la embriología proporcionan el conocimiento básico de la diferenciación de los tipos celulares a través del análisis de mutaciones , el rastreo de linajes, la micromanipulación de embriones y los estudios de expresión génica . La diferenciación celular y la organogénesis tisular implican un conjunto limitado de vías de señalización del desarrollo . [ 4 ] Por lo tanto, es posible dirigir el destino celular controlando las decisiones celulares a través de la señalización extracelular, imitando las señales del desarrollo.

Material de origen

La diferenciación dirigida se aplica principalmente a células madre pluripotentes (CMP) de origen mamífero, en particular células de ratón y humanas para aplicaciones de investigación biomédica . [ 5 ] Desde el descubrimiento de las células madre embrionarias (CME) (1981) y las células madre pluripotentes inducidas (iPS) (2006), el material de origen es potencialmente ilimitado. [ 1 ] [ 4 ] [ 6 ] Históricamente, también se han utilizado células de carcinoma embrionario (CE). [ 7 ] Se han utilizado fibroblastos u otros tipos de células diferenciadas para estrategias de reprogramación directa. [ 1 ]

Métodos

La diferenciación celular implica una transición de un modo proliferativo a un modo de diferenciación. La diferenciación dirigida consiste en imitar decisiones de desarrollo (desarrollo embrionario) in vitro utilizando células madre como material de origen. [ 1 ] Para este propósito, las células madre pluripotentes (CMP) se cultivan en condiciones controladas que involucran un sustrato o matrices extracelulares específicas que promueven la adhesión y diferenciación celular, y definen composiciones de medios de cultivo . [ 4 ] Un número limitado de factores de señalización, como factores de crecimiento o moléculas pequeñas , que controlan la diferenciación celular, se aplica de forma secuencial o combinatoria, a dosis y tiempos de exposición variables. [ 1 ] La diferenciación adecuada del tipo celular de interés se verifica mediante el análisis de marcadores específicos del tipo celular , el perfil de expresión génica y ensayos funcionales. [ 1 ]

Métodos primitivos

Las células y matrices de soporte proporcionan señales ambientales similares a las del desarrollo. [ 8 ]

  • Formación de agregados celulares 3D, denominados cuerpos embrionarios (EB): el objetivo de estos agregados es imitar el desarrollo embrionario temprano e instruir la diferenciación celular. [ 1 ] [ 5 ] [ 8 ]
  • Cultivo en presencia de suero fetal bovino , eliminación de factores de pluripotencia.

Metodologías actuales

Diferenciación dirigida

Este método consiste en exponer las células a moduladores de vías de señalización específicas y manipular las condiciones de cultivo celular (ambientales o exógenas) para imitar la secuencia natural de decisiones de desarrollo para producir un tipo celular/tejido determinado. [ 1 ] [ 8 ] Una desventaja de este enfoque es la necesidad de tener un buen conocimiento de cómo se forma el tipo celular de interés. [ 1 ]

Reprogramación directa

Este método, también conocido como transdiferenciación o conversión directa, consiste en la sobreexpresión de uno o varios factores, generalmente factores de transcripción, introducidos en las células. [ 1 ] El material de partida puede ser células madre pluripotentes (CMP) o cualquier tipo de célula diferenciada, como los fibroblastos. El principio se demostró por primera vez en 1987 con los factores miogénicos MyoD. [ 9 ] Una desventaja de este enfoque es la introducción de ácido nucleico extraño en las células y la expresión forzada de factores de transcripción cuyos efectos no se comprenden completamente.

Selección específica de linaje/tipo celular

Este método consiste en seleccionar el tipo de célula de interés, generalmente con resistencia a antibióticos . Para ello, las células del material de origen se modifican para que contengan un casete de resistencia a antibióticos bajo un promotor específico del tipo de célula diana . [ 10 ] [ 11 ] Solo las células comprometidas con el linaje de interés sobreviven a la selección .

Aplicaciones

La diferenciación dirigida proporciona una fuente potencialmente ilimitada y manipulable de células y tejidos. Algunas aplicaciones se ven limitadas por el fenotipo inmaduro del tipo celular derivado de células madre pluripotentes (CMP), lo que restringe los estudios fisiológicos y funcionales posibles. [ 6 ] Surgieron varios dominios de aplicación:

Sistema modelo para la ciencia básica

Para la ciencia básica , especialmente la biología del desarrollo y la biología celular , las células derivadas de PSC permiten estudiar a nivel molecular y celular cuestiones fundamentales in vitro, [ 5 ] que de otro modo habrían sido extremadamente difíciles o imposibles de estudiar in vivo por razones técnicas y éticas, como el desarrollo embrionario humano. En particular, las células en diferenciación son aptas para estudios cuantitativos y cualitativos. [ 8 ] También se pueden estudiar in vitro procesos más complejos y se ha descrito la formación de organoides, incluidos cerebroides, copa óptica y riñón .

Descubrimiento de fármacos y toxicología

Los tipos celulares diferenciados a partir de células madre pluripotentes (CMP) se están evaluando como modelos preclínicos in vitro de enfermedades humanas. [ 5 ] Los tipos celulares humanos en placa ofrecen una alternativa a los ensayos preclínicos tradicionales que utilizan células animales, células humanas inmortalizadas o cultivos primarios de biopsias , los cuales tienen sus limitaciones. Los tipos celulares clínicamente relevantes, es decir, los tipos celulares afectados en enfermedades, son un foco principal de investigación; esto incluye hepatocitos , células beta de los islotes de Langerhans , [ 12 ] cardiomiocitos y neuronas . Las pruebas de fármacos se realizan en cultivos celulares miniaturizados en placas de múltiples pocillos o en un chip. [ 6 ]

Modelado de enfermedades

Las células derivadas de PSC de pacientes se utilizan in vitro para recrear patologías específicas. [ 6 ] El tipo celular específico afectado en la patología es la base del modelo. Por ejemplo, las motoneuronas se utilizan para estudiar la atrofia muscular espinal (AME) y los cardiomiocitos [ 2 ] se utilizan para estudiar la arritmia . Esto puede permitir una mejor comprensión de la patogénesis y el desarrollo de nuevos tratamientos a través del descubrimiento de fármacos. [ 6 ] Los tipos celulares inmaduros derivados de PSC pueden madurarse in vitro mediante diversas estrategias, como el envejecimiento in vitro , para modelar enfermedades relacionadas con la edad in vitro. Las principales enfermedades que se modelan con células derivadas de PSC son la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la enfermedad de Alzheimer (EA), la enfermedad de Parkinson (EP), el síndrome del cromosoma X frágil (SXF), la enfermedad de Huntington (EH), el síndrome de Down , la atrofia muscular espinal (AME), las distrofias musculares , [ 13 ] [ 14 ] la fibrosis quística , el síndrome de QT largo y la diabetes tipo I. [ 6 ]

Medicina regenerativa

La fuente potencialmente ilimitada de células y tejidos puede tener aplicación directa para la ingeniería de tejidos , el reemplazo celular y el trasplante después de lesiones agudas y cirugía reconstructiva . [ 2 ] [ 5 ] Estas aplicaciones están limitadas a los tipos de células que pueden diferenciarse de manera eficiente y segura a partir de células madre pluripotentes humanas con la organogénesis adecuada . [ 1 ] Los órganos descelularizados también se están utilizando como andamios tisulares para la organogénesis. El material de origen puede ser células normales sanas de otro donante (trasplante heterólogo) o genéticamente corregidas del mismo paciente (autólogo). Se han planteado preocupaciones sobre la seguridad del paciente debido a la posibilidad de contaminación con células no diferenciadas. El primer ensayo clínico con células derivadas de células madre embrionarias humanas fue en 2011. [ 15 ] El primer ensayo clínico con células derivadas de células madre pluripotentes inducidas humanas comenzó en 2014 en Japón. [ 16 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Cohen DE, Melton D (2011). "Convirtiendo la paja en oro: dirigiendo el destino celular para la medicina regenerativa". Nature Reviews Genetics . 12 (4): 243– 252. doi : 10.1038/nrg2938 . PMID 21386864 . S2CID 26358726 .  
  2. 1 2 3 4 Murry CE, Keller G (2008). "Diferenciación de células madre embrionarias a poblaciones clínicamente relevantes: lecciones del desarrollo embrionario" . Cell . 132 (4): 661– 680. doi : 10.1016/j.cell.2008.02.008 . PMID 18295582 . 
  3. ↑ Wichterle H, Lieberam I, Porter JA, Jessell TM (2002). "Diferenciación dirigida de células madre embrionarias en neuronas motoras" . Cell . 110 (3): 385– 397. doi : 10.1016/S0092-8674(02)00835-8 . PMID 12176325 . 
  4. 1 2 3 4 5 Spagnoli FM, Hemmati-Brivanlou A (2006). "Guiando a las células madre embrionarias hacia la diferenciación: lecciones de la embriología molecular". Current Opinion in Genetics & Development . 16 (5): 469– 475. doi : 10.1016/j.gde.2006.08.004 . PMID 16919445 . 
  5. 1 2 3 4 5 6 Keller G (2005). "Diferenciación de células madre embrionarias: surgimiento de una nueva era en biología y medicina" . Genes & Development . 19 (10). genesdev.cshlp.org: 1129– 1155. doi : 10.1101/gad.1303605 . PMID 15905405. Recuperado el 6 de noviembre de 2014 . 
  6. 1 2 3 4 5 6 Sterneckert JL, Reinhardt P, Schöler HR (2014). "Investigación de enfermedades humanas mediante modelos de células madre". Nature Reviews Genetics . 15 (9): 625– 639. doi : 10.1038/nrg3764 . PMID 25069490 . S2CID 22976547 .  
  7. ↑ Jones-Villeneuve EM, McBurney MW, Rogers KA, Kalnins VI (1982). "El ácido retinoico induce la diferenciación de células de carcinoma embrionario en neuronas y células gliales" . The Journal of Cell Biology . 94 (2). The Rockefeller University Press: 253– 262. doi : 10.1083/jcb.94.2.253 . PMC 2112882. PMID 7107698 .  
  8. 1 2 3 4 Nishikawa S, Jakt LM, Era T (2007). "Cultivo de células madre embrionarias como herramienta para la biología celular del desarrollo". Nature Reviews Molecular Cell Biology . 8 (6): 502– 507. doi : 10.1038/nrm2189 . PMID 17522593 . S2CID 205494131 .  
  9. ↑ Davis RL, Weintraub H, Lassar AB (1987). "La expresión de un único ADNc transfectado convierte fibroblastos en mioblastos". Cell . 51 ( 6): 987– 1000. doi : 10.1016/0092-8674(87)90585-X . PMID 3690668. S2CID 37741454 .  
  10. ↑ Marchetti S, Gimond C, Iljin K, Bourcier C, Alitalo K, Pouysségur J, Pagès G (2002). "Las células endoteliales seleccionadas genéticamente a partir de células madre embrionarias de ratón en diferenciación se incorporan en sitios de neovascularización in vivo". Journal of Cell Science . 115 (Pt 10): 2075–2085 . doi : 10.1242/jcs.115.10.2075 . PMID 11973349 . 
  11. ↑ Klug MG, Soonpaa MH, Koh GY, Field LJ (1996). "Los cardiomiocitos seleccionados genéticamente a partir de células madre embrionarias en diferenciación forman injertos intracardíacos estables" . Journal of Clinical Investigation . 98 (1): 216– 224. doi : 10.1172/JCI118769 . PMC 507419. PMID 8690796 .  
  12. ↑ Lumelsky N, Blondel O, Laeng P, Velasco I, Ravin R, McKay R (2001). "Diferenciación de células madre embrionarias a estructuras secretoras de insulina similares a los islotes pancreáticos". Science . 292 (5520): 1389– 1394. Bibcode : 2001Sci...292.1389L . doi : 10.1126/science.1058866 . PMID 11326082 . S2CID 13025470 .  
  13. ^ Chal J, Oginuma M, Al Tanoury Z, Gobert B, Sumara O, Hick A, Bousson F, Zidouni Y, Mursch C, Moncuquet P, Tassy O, Vincent S, Miyanari A, Bera A, Garnier JM, Guevara G, Hestin M, Kennedy L, Hayashi S, Drayton B, Cherrier T, Gayraud-Morel B, Gussoni E, Relaix F, Tajbakhsh S, Pourquié O (agosto de 2015). "Diferenciación de células madre pluripotentes en fibra muscular para modelar la distrofia muscular de Duchenne" (PDF) . Biotecnología de la Naturaleza . 33 (9): 962– 9. doi : 10.1038/nbt.3297 . PMID 26237517 . S2CID 21241434 .  Icono de acceso cerrado
  14. ↑ Shelton M, Kocharyan A, Liu J, Skerjanc IS, Stanford WL (2016). "Generación y expansión robusta de progenitores de músculo esquelético y miocitos a partir de células madre pluripotentes humanas" . Methods . 101 : 73–84 . doi : 10.1016/j.ymeth.2015.09.019 . PMID 26404920 . Icono de acceso cerrado
  15. ↑ "Se suspende el primer ensayo de terapia con células madre embrionarias humanas en personas - The Washington Post" . washingtonpost.com . Consultado el 6 de noviembre de 2014 .
  16. ↑ "Equipo japonés, el primero en utilizar células iPS para intentar restaurar la vista humana | The Japan Times" . japantimes.co.jp. Archivado del original el 16 de septiembre de 2014. Consultado el 6 de noviembre de 2014 .
Obtenido de " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Directed_differentiation&oldid=1272745592 "