El estudio de estas células podría conducir a nuevos tratamientos para enfermedades que van desde
la enfermedad gastrointestinal a la diabetes.
Los investigadores del MIT y del Hospital Brigham , han demostrado que pueden crecer cantidades ilimitadas de células madre intestinales, entonces estimularlos para convertirse en poblaciones casi puras de diferentes tipos de células intestinales maduras. El uso de estas células, los científicos podrían desarrollar y probar nuevos medicamentos para tratar enfermedades como la colitis ulcerosa.
El intestino delgado, al igual que la mayoría de los otros tejidos del cuerpo, tiene una pequeña tienda de células madre adultas inmaduras que pueden diferenciarse en tipos de células especializadas, más maduros. Hasta ahora, no ha habido una buena manera de hacer crecer grandes cantidades de estas células madre, ya que sólo permanecen inmaduros mientras está en contacto con un tipo de células de apoyo llamadas células de Paneth.
En un nuevo estudio que aparece en el 01 de diciembre edición en línea de Nature Methods, los investigadores encontraron una manera de reemplazar las células de Paneth con dos moléculas pequeñas que mantienen las células madre y promueven su proliferación. Las células madre cultivadas en un plato de laboratorio que contiene estas moléculas pueden permanecer inmaduro indefinidamente; añadiendo otras moléculas, incluyendo los inhibidores y activadores, los investigadores pueden controlar qué tipos de células que eventualmente se convierten.
"Esto abre la puerta para hacer todo tipo de cosas, que van desde la ingeniería algún día una nueva tripa para los pacientes con enfermedades intestinales a hacer la detección de drogas para la seguridad y la eficacia. Es realmente la primera vez que esto se ha hecho ", dice Robert Langer, del Instituto David H. Koch profesor, miembro del Instituto de Koch del MIT para Integrative Cancer Research, y uno de los autores principales del artículo.
Jeffrey Karp, profesor asociado de medicina de la Facultad de Medicina de Harvard y del Hospital Brigham y de la Mujer, es también un autor principal del artículo. El autor principal del artículo es Xiaolei Yin, un post-doctorado en el Instituto de Koch y el Hospital Brigham y de Mujeres.
De una célula.
La capa interior de los intestinos tiene varias funciones críticas. Algunas células están especializadas para absorber los nutrientes de los alimentos digeridos, mientras que otros forman una barrera que segrega moco y evita que los virus y las bacterias entren en las células. Y otros alertan al sistema inmune cuando un patógeno extraño está presente.
Esta capa, conocida como el epitelio intestinal, se recubre con muchas pequeñas hendiduras conocidos como criptas. En la parte inferior de cada cripta es un pequeño grupo de células madre epiteliales, que constantemente reponer las células especializadas del epitelio intestinal, que sólo se vive durante unos cinco días. Estas células madre pueden convertirse en cualquier tipo de célula del epitelio intestinal, pero no tienen la pluripotencia de células madre embrionarias, que puede convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo.
Si los científicos podrían obtener grandes cantidades de células madre epiteliales intestinales, que podrían ser utilizados para ayudar a tratar trastornos gastrointestinales que dañan la capa epitelial. Estudios recientes en animales han demostrado que las células madre intestinales entregados al intestino pueden adjuntar a las úlceras y ayudar a regenerar el tejido sano, que ofrece una nueva forma potencial para tratar la colitis ulcerosa.
El uso de esas células madre para producir grandes poblaciones de células especializadas también sería útil para el desarrollo de fármacos y pruebas, dicen los investigadores. Con grandes cantidades de células caliciformes, que ayudan a controlar la respuesta inmune a las proteínas que se encuentran en los alimentos, los científicos podrían estudiar las alergias alimentarias, con células neuroendocrinas, que liberan hormonas del hambre, podrían probar nuevos tratamientos para la obesidad.
"Si tuviéramos formas de realizar pantallas de alto rendimiento en un gran número de estos tipos de células muy específicas, potencialmente podríamos identificar nuevos objetivos y desarrollar completamente nuevos medicamentos para enfermedades que van desde la enfermedad inflamatoria del intestino a la diabetes", dice Karp.
El control de destino de la célula
En 2007, Hans Clevers, un profesor en el Instituto Hubrecht en los Países Bajos, identificó un marcador para las células madre del epitelio intestinal - una proteína llamada Lgr5. Clevers, quien es autor del nuevo documento de Nature Methods, también identificó los factores de crecimiento que permiten a estas células madre para reproducir en pequeñas cantidades en un plato de laboratorio y espontáneamente se diferencian en células maduras, formando pequeñas estructuras llamadas organoides que imitan la arquitectura natural de la revestimiento intestinal.
En el nuevo estudio, los investigadores querían averiguar cómo mantener las células madre proliferan pero les impide diferenciar, la creación de una población casi pura de células madre. Esto ha sido difícil de hacer porque las células madre comienzan a diferenciarse tan pronto como pierden el contacto con una célula de Paneth.
Células de Paneth controlan dos vías de señalización, conocido como Notch y Wnt, que coordinan la proliferación celular, en especial durante el desarrollo embrionario. Los investigadores identificaron dos moléculas pequeñas, el ácido valproico y CHIR-99021, que trabajar en conjunto para inducir a las células madre para proliferar y evitar que la diferenciación en células maduras.
Cuando los investigadores cultivaron células madre intestinales de ratón en un plato que contiene estas dos moléculas pequeñas, obtuvieron racimos grandes hechos de 70 a 90 por ciento de las células madre.
Una vez que los investigadores tuvieron poblaciones casi puras de células madre, mostraron que podían llevarlos a convertirse en tipos particulares de células intestinales mediante la adición de otros factores que influyen en las vías de Wnt y Notch. "Utilizamos diferentes combinaciones de inhibidores y activadores para conducir las células madre para diferenciarse en poblaciones específicas de células maduras", dice Yin.
Este enfoque también trabaja en las células del estómago y de colon de ratón, encontraron los investigadores. También demostraron que las moléculas pequeñas mejoraron la proliferación de las células madre intestinales humanas. Ahora están trabajando en la ingeniería de tejidos para el trasplante intestinal del paciente y el desarrollo de nuevas maneras de probar rápidamente los efectos de los fármacos sobre las células intestinales.
Otro uso potencial de estas células está estudiando la biología que subyace a la habilidad especial las células madre de autorrenovación y de convertirse en otros tipos de células, dice Ramesh Shivdasani, profesor asociado de medicina de la Facultad de Medicina de Harvard y el Dana-Farber Cancer Institute.
"Hay un montón de cosas que no sabemos acerca de las células madre", dice Shivdasani, que no formó parte del equipo de investigación. "Sin acceso a grandes cantidades de estas células, es muy difícil de hacer cualquier experimento. Esto abre la puerta a una manera sistemática, incisiva y fiable de interrogar a la biología de células madre intestinales ".
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Harvard de Traslacional Inmunología / Helmsley Confianza piloto Grant en la enfermedad de Crohn y la Organización Europea de Biología Molecular.
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