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Científicos utilizan células madre para formar mini pulmones tridimensionales

ANN ARBOR, Mich. – Un grupo de científicos utilizaron células madre para fabricar los primeros mini-pulmones tridimensionales.

Investigaciones anteriores se habían  centrado en obtener tejido pulmonar de los sistemas de células planas o células de crecimiento en órganos donados.

En un estudio publicado en la revista en línea eLife, el equipo discutió el sistema que permitió fabricar los organoides que imitan la estructura y complejidad de los pulmones humanos.

“Estos mini pulmones pueden imitar las respuestas de los tejidos reales y serán un buen modelo para estudiar cómo se forman los órganos, cómo cambian con la enfermedad, y cómo podrían responder a las nuevas drogas,” dijo el autor principal del estudio, Jason R. Spence, Ph.D.,  professor assistente de medicina interna and biología celular y de desarrollo de la Escuela de Medicina de la Universidad de Michigan.

Los científicos lograron imitar las grandes vías respiratorias o bronquios y los pequeños sacos pulmonares llamados alvéolos.

Debido que  fueron desarrollados en un plato, las estructuras carecen de varios componentes del pulmón humano, incluyendo los vasos sanguíneos, un componente crítico de intercambio de gases durante la respiración.

Corte transversal de tejido pulmonar humano y organoid pulmón humano
El panel de la izquierda es una sección transversal a través de un organoide, visto a través de un microscopio y teñido para visualizar el tejido pulmonar. El tejido pulmonar en organoides está organizado de una manera similar a la de pulmón adulto, que se muestra en el panel derecho.

Aún así, los organoides pueden servir como una herramienta para los investigadores, como el uso de las estructuras 3-D como un paso antes, durante o después de investigación en animales.

Tradicionalmente, el comportamiento celular ha sido estudiado en el laboratorio en dos dimensiones, donde las células se cultivan en capas delgadas sobre platos de cultivo cellular. Pero la mayoría de las células en el cuerpo existen en un entorno tridimensional como parte de los tejidos y órganos complejos.

Jason Spence

Investigadores han estado tratando de recrear estos ambientes en el laboratorio, generando con éxito organoides que sirven como modelos del estómago, cerebro, hígado e intestino humano.

La ventaja de crecimiento estructuras 3-D del tejido pulmonar, Spence dijo, es que su organización tiene una mayor similitud con el pulmón humano.

Para hacer estos organoides pulmonares, investigadores del laboratorio de la UM Spence Lab y colegas de la Universidad de California, San Francisco; Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati; Hospital Infantil de Seattle y la Universidad de Washington, Seattle manipularon varias de las vías de señalización que controlan la formación de órganos.

En primer lugar, las células madre – células maestras del cuerpo – fueron instruidos para formar un tipo de tejido llamado endodermo, que se encuentra en embriones tempranos y da lugar a los pulmones, el hígado y otros órganos internos.

Los científicos activaron dos vías de desarrollo importantes que se sabe que hacer tejido forma endodermo tridimensional. Mediante la inhibición de otras dos vías de desarrollo clave, al mismo tiempo, el endodermo se convirtió en el tejido que se asemeja a la de pulmón temprano encontrado en los embriones.

Briana Dye

En el laboratorio, este tejido-pulmonar, formó espontáneamente estructuras esféricas tridimensionales a medida que se desarrollaba. El siguiente reto era hacer que estas estructuras se expandieran y se desarrollaran en el tejido pulmonar. Para ello, el equipo expuso a las células a proteínas adicionales que están implicadas en el desarrollo del pulmón.

Los organoides pulmonares resultantes sobrevivieron en el laboratorio durante más de 100 días.

“Esperábamos que se formaran distintos tipos de células pero su organización en estructuras similares a estructuras respiratorias humanas fue un resultado muy emocionante”, dijo Briana Dye, una estudiante de posgrado del Departamento de Biología Celular y del Desarrollo de la UM.

La investigación se ha ganado el apoyo del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre (NHLBI), el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (NIDDK), the March of Dimes y del Centro de la U-M para Organogénesis y el Programa de Ciencias Biológicas Académicos ( BSSP).