Creado el primer embrión artificial de ratón con células madre

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Creado-el-primer-embrion-artificial-de-raton-con-celulas-madre

Científicos de la Universidad de Cambridge han conseguido por primera vez desarrollar un embrión artificial de ratón en laboratorio. Para ello, han utilizado una combinación de células madre embrionarias y extraembrionarias, a la que han sumado un andamio 3D para que éstas puedan crecer. Aunque este embrión se asemeja a uno real, es poco probable que se pueda convertir en un feto sano. El hallazgo podrá servir para estudiar las etapas más tempranas del desarrollo.

A la izquierda, imagen del embrión de ratón con células madre a las 96 horas. A la derecha, el embrión de ratón cultivado in vitro durante 48 horas desde la etapa de blastocisto. La parte roja es embrionaria y la azul, extraembrionaria.

Un equipo de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, ha logrado crear un embrión artificial de ratón con células madre. Los resultados del trabajo se han publicado en el último número de la revista Science.

Según los investigadores, este avance servirá para lograr una mayor comprensión de las etapas más tempranas del desarrollo del embrión y ayudará a explicar por qué más de dos de cada tres embarazos humanos fallan en esa fase.

Una vez que un óvulo de mamífero ha sido fertilizado por un espermatozoide, se divide varias veces para generar una pequeña bola flotante de células madre. Las células madre embrionarias se agrupan dentro del embrión hacia un extremo: esta etapa de desarrollo se conoce como blastocisto.

Los otros dos tipos de células en el blastocisto son las células madre trofoblásticas extraembrionarias, que formarán la placenta; y las células madre endodérmicas primitivas, que crearán el saco vitelino, asegurando que los órganos del feto se desarrollen adecuadamente y que tenga los nutrientes esenciales.

Intentos previos de hacer crecer estructuras embrionarias usando solo células madre embrionarias (ESCs, por sus siglas en inglés) habían tenido un éxito limitado. Esto se debe a que el desarrollo temprano del embrión requiere que los diferentes tipos de células se coordinen estrechamente entre sí, señalan los autores.

Sin embargo, en el estudio publicado los investigadores han utilizado una combinación de células madre embrionarias genéticamente modificadas y de células madre trofoblásticas extraembrionarias, junto con un andamio 3D, conocido como matriz extracelular, en el que puedan crecer. Con todo ello, han logrado desarrollar una estructura capaz de ensamblar, cuyo desarrollo y arquitectura se parecen mucho al embrión natural.

"Tanto las células embrionarias como extraembrionarias comienzan a ‘hablar’ entre sí y se organizan en una estructura que se parece y se comporta como un embrión", destaca Magdalena Zernicka-Goetz, investigadora de fisiología, desarrollo y neurociencia de la universidad británica y directora del trabajo. "Tiene regiones anatómicamente correctas que se desarrollan en el lugar y en el momento adecuado", agrega.

Zernicka-Goetz y sus colegas encontraron un notable grado de comunicación entre los dos tipos de células madre: “En cierto modo –señala– las células se dicen entre sí en qué lugar del embrión colocarse”.

"Sabíamos que las interacciones entre los diferentes tipos de células madre eran importantes para el desarrollo, pero lo sorprendente es que ahora hemos visto que se trata de una verdadera asociación; estas células realmente se guían mutuamente", dice la autora. "Sin esta asociación, el desarrollo y la actividad de los mecanismos biológicos clave no se llevaría a cabo correctamente".

Comparando su embrión artificial con uno natural, el equipo pudo demostrar que siguió el mismo patrón de desarrollo. Las células madre se organizaron con las embrionarias en un extremo y las trofoblásticas extraembrionarias en el otro. Luego se abrió una cavidad hacia arriba dentro de cada grupo antes de unirse para convertirse en el saco amniótico en el que se desarrollará el embrión.

Aunque este embrión artificial se asemeja mucho a uno real, es poco probable que se pueda desarrollar y convertir en un feto sano, dicen los investigadores.

Para ello, necesitaría un tercer tipo de células madre que permitiera el desarrollo del saco vitelino, que proporciona alimento para el embrión y dentro del cual se desarrolla una red de vasos sanguíneos. Además, el sistema no ha sido optimizado para el correcto desarrollo de la placenta.

Zernicka-Goetz ha desarrollado recientemente una técnica que permite que los blastocistos se desarrollen in vitro más allá de la etapa de implantación, permitiendo analizar, por primera vez, las etapas clave del desarrollo del embrión humano hasta 13 días después de la fertilización.

En su opinión, este avance podría ayudar a superar una de las principales barreras del estudio de las fases tempranas del desarrollo embrionario, debido a la escasez de embriones humanos para investigar. Actualmente, los embriones se desarrollan a partir de óvulos donados por las clínicas de fertilidad.

"Creemos que será posible imitar muchos de los eventos que ocurren antes de los 14 días de desarrollo usando células embrionarias y extraembrionarias humanas con un enfoque similar al que hemos usado con las células madre de ratón –indica la experta–. Esto nos permitirá estudiar los acontecimientos clave de esta etapa crítica sin tener que trabajar realmente con embriones y saber más sobre por qué a menudo el desarrollo humano falla en esa fase”, concluye.

Referencia bibliográfica:

Sarah Ellys Harrison, Berna Sozen, Neophytos Christodoulou, Christos Kyprianou, Magdalena Zernicka-Goetz. "Assembly of embryonic and extra-embryonic stem cells to mimic embryogenesis in vitro". Science, 2 de marzo, 2017.

Crean por primera vez un «embrión» de laboratorio con células madre

Fuente: http://www.abc.es/ciencia/abci-crean-primera-embrion-laboratorio-celulas-madre-201703022008_noticia.html

Científicos de la Universidad de Cambridge han generado una estructura que ayudará a entender cómo se forma la vida y a reducir el número de abortos naturales.

Esta imagen muestra un embrión de ratón fabricado en el laboratorio a las 96 horas de desarrollo (izquierda) y otro cultivado in vitro durante 48 horas (derecha). La zona en rojo es embrionaria y la azul la que dará lugar a la placenta.

Bastan dos tipos de células madre y un molde para desafiar a la Naturaleza y fabricar artificialmente el embrión de un mamífero. Con estos tres ingredientes un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, han generado una estructura semirígida tridimensional «que se asemeja a un embrión y crece de forma similar», según describen en la revista «Science». Se trata del primer paso para la creación de un embrión en el laboratorio.

Para obtenerlo, los investigadores liderados por Magdalena Zernicka, partieron de células madre procedentes de otros embriones y de otras que naturalmente darían lugar a la placenta (células madre trofoblásticas). Colocaron esas células en una especie de molde en 3-D para dar la forma deseada. A diferencia de los humanos, los embriones de ratón son alargados, como una especie de cilindro. Una vez colocadas, las células embrionarias y las de la placenta fueron capaces de organizarse sin ninguna intervención, como si supieran en qué lugar debían colocarse. «Los dos tipos de células comenzaron a hablar entre sí y se organizaron en una estructura que se parece y se comporta como un embrión de ratón. Hemos logrado regiones anatómicamente correctas que se desarrollan en el lugar correcto y en el momento adecuado», explica Zernicka, que es profesora del Departamiento de Fisiología de la Universidad de Cambridge.

Al comparar este «embrión» artificial con otro natural, se vio claramente cómo siguió el mismo patrón de desarrollo. En la Naturaleza, cuando un óvulo es fecundado por un espermatozoide se divide varias veces para generar una especie de bola pequeña. Las células madre que finalmente formarán el futuro cuerpo se agrupan en el interior del embrión hacia un extremo. A otro, las células de la placenta y, por último, las células endodérmicas que formarán el saco vitelino para que los órganos del feto se desarrollen adecuadamente.

En el laboratorio las células también se comportaron como si tuvieran un GPS que las guiara: las células madre embrionarias se agrupan en un extremo y las que forman la placenta en otro, dejando una cavidad en la cual el embrión se desarrollará.

El objetivo de este experimento no es otro que entender mejor el proceso de la embriogénesis, en definitiva cómo se forma la vida. Verlo en directo en el laboratorio podría ayudar a los científicos a luchar contra los fallos de la gestación y los abortos naturales que son más frecuentes de lo que podría pensarse. La reproducción humana no es perfecta y dos de cada tres embarazos fracasan en las primeras etapas, apenas unos días después de la concepción.

Pero es difícil no hacer volar la imaginación y ver en este trabajo un primer intento para prescindir algún día de óvulos y espermatozoides que permitan generar nuestra propia descendencia en el laboratorio. Quizá incluso, podríamos obtener nuestros embriones a partir de una pequeña muestra de la piel como ya se está haciendo con otros tejidos humanos, incluso también con el esperma. «¡Uff! es teóricamente posible, pero sería muy complicado. Si ya es una pequeña locura hacerlo con un gameto, más locura sería hacerlo con un embrión humano», señala Carlos Simón, director científico del Instituto Valenciano de Infertilidad (IVI). Este investigador ya ha publicado la primera prueba de concepto de que se puede «fabricar» esperma para hombres infértiles con técnicas de medicina regenerativa. Solo se necesitaría contar con una muestra de piel de un varón para conseguir en el laboratorio los gametos necesarios con los que realizar una fecundación in vitro.

Simón no duda de que el fin de los trabajos de la Universidad de Cambridge sea conocer mejor cómo se forma la vida y han dado ese primer paso. «Aún no han generado un embrión completo. Podremos afirmarlo cuando se implante en una ratoncita y dé lugar a una prole sana», afirma.

Crean huesos artificiales impresos en 3D para reparar fracturas

Fuente: http://www.elmundo.es/salud/2016/09/28/57ea5b87e5fdea73018b462f.html

Autoinjertos de hueso, matrices desmineralizadas, productos con fosfato cálcico, masillas o implantes mecánicos. Para reparar las fracturas óseas más complejas o de mayor envergadura existen diferentes alternativas. A ellas se podría sumar una más en el futuro: crear implantes personalizados a bajo coste gracias a la impresión en 3D. En otras palabras, fabricar huesos artificiales a medida. De momento, esta tecnología ha conseguido tratar con éxito daños en la columna vertebral de ratas y un defecto en el cráneo de un macaco Rhesus. Es el trabajo de las universidades de Northwestern e Illinois (Estados Unidos) que acaba de publicar la revista Science Translational Medicine.

Estos implantes -bautizados como huesos hiperelásticos- son flexibles y resistentes pero, además, pueden regenerar el hueso dañado sin ayuda y son fáciles de colocar durante la operación. "Creemos que son mejores que los actuales injertos óseos a la hora de regenerar hueso porque su gran porosidad facilita la migración de las células y permite la infiltración de los vasos sanguíneos en este andamiaje", cuenta Ramille N. Shah, profesora del Instituto Simpson Querrey de Bionanotecnología de la Universidad de Northwestern y autora del estudio.

Lumbares humanas impresas en 3D. 

Frente los injertos óseos actuales, que en ocasiones resultan demasiado frágiles para ser manejados por los cirujanos y caros o difíciles de fabricar de forma masiva, estos huesos artificiales -opinan sus creadores- servirán para tratar problemas dentales, realizar cirugía plástica o reconstructiva y ayudar a atajar cánceres de hueso, por ejemplo.

Uno de los aspectos que destaca Shah es que el material del que están hechos estos implantes "es muy bioactivo e induce la diferenciación de células madre en células formadoras de hueso". La razón es que el 75% de su volumen es hidroxiapatita, el principal mineral del hueso natural. Por eso tampoco existen problemas de rechazo o reacción a cuerpo extraño, uno de los riesgos de los injertos de hueso natural.

El otro componente es el polímero que sirve de cemento. "Usamos ácido poli-láctico-co-glicólico o policaprolactona -que se emplea como material de sutura-, polímeros biocompatibles y biodegradables", explica esta investigadora. El objetivo de emplear materiales sintéticos ampliamente conocidos y de seguridad demostrada es reducir los efectos secundarios en la medida de lo posible.

Detalle de las fibras, de 200 micras de diámetro. 

Gracias a las propiedades físicas y mecánicas de estos materiales, "podemos crear implantes específicos para cada paciente que se ajusten perfectamente a los defectos", explica Shah. Para ello serán necesarias técnicas de imagen como la tomografía axial computerizada que, en este estudio, no se emplearon ya que "no resultaba práctico ni barato para diseñar el implante de cada animal", explica esta científica. En su lugar, imprimieron huesos de un tamaño aproximado y después recortaron el material para alcanzar las medidas precisas en cada caso.

Con todo, los implantes obtenidos de esta manera lograron integrarse con el tejido circundante hasta sanar las vértebras de las ratas y el defecto craneal del macaco. Apenas tuvieron que transcurrir cuatro semanas después de la intervención, durante las que no hubo signos de infección ni otros efectos secundarios. Unos resultados que motivan a los autores de este trabajo a seguir investigando en el campo de la impresión 3D porque, afirman, tiene un largo camino por delante.

Desarrollan ‘mini-pulmones’ tridimensionales a partir de células madre

Fuente: http://www.abc.es/salud/enfermedades/abci-desarrollan-mini-pulmones-tridimensionales-partir-celulas-madre-201609202104_noticia.html

Los nuevos ‘organoides’ permitirán investigar las enfermedades pulmonares que no se pueden estudiar con métodos convencionales, como la fibrosis pulmonar idiopática.

'Mini-pulmones' tridimensionales.

Los avances en la investigación de las células madre han posibilitado que, ya en los últimos años, distintos grupos de científicos hayan logrado ‘crear’ células de diversos órganos a partir de estas células madre humanas. Es el caso, entre otros muchos tipos, de las células beta productoras de insulina. Pero aún hay más: también han conseguido que estas células madre, una vez diferenciadas, se unan para formar ‘organoides’, esto es, acúmulos celulares ‘sintéticos’ con capacidad de llevar a cabo la función del órgano ‘natural’. Concretamente, y entre otros, ya se han sintetizado ‘mini-riñones’, ‘mini-estómagos productores de insulina’ y ‘mini-retinas’. Y a estos avances se suma ahora el alcanzado por investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (EE.UU.): la fabricación, a partir de células madre, de ‘mini-pulmones’ tridimensionales en una placa de laboratorio.

Como explica Brigitte Gomperts, directora de esta investigación publicada en la revista «Stem Cells Translational Medicine», «la verdad es que no hemos ‘construido’ un pulmón completamente funcional, pero sí hemos sido capaces de coger células pulmonares y de ubicarlas en un patrón geométrico adecuado para que imiten a los pulmones humanos».

Y estos nuevos ‘mini-pulmones’, que aún no pueden utilizarse para formar pulmones totalmente funcionales, ¿qué ventajas ofrecen? Pues, por ejemplo, pueden ser utilizados para la investigación de aquellas enfermedades pulmonares que no pueden ser estudiadas con los métodos convencionales, caso de la fibrosis pulmonar idiopática (FPI).

La FPI es una enfermedad de origen desconocido –de ahí el término ‘idiopática’– y caracterizada por un proceso de cicatrización anormal del tejido pulmonar, que poco a poco va sustituyendo al tejido sano. En consecuencia, los pulmones tienen cada vez una menor capacidad para llevar el necesario oxígeno a los órganos. Y la progresión de la enfermedad es tan rápida que la mayoría de los pacientes fallecen a los 3-5 años del diagnóstico.

El pronóstico, fatal, asociado a la FPI se explica en parte por las dificultades que encuentran los investigadores para estudiar la enfermedad. Por ejemplo, y con objeto de analizar la posible presencia de mutaciones o el efecto de los fármacos sobre las células pulmonares, los científicos han recurrido a los cultivos celulares bidimensionales. Sin embargo, y a pesar de que procedían de pacientes con FPI, las células que crecían en los cultivos eran, cuando menos aparentemente, sanas, por lo que no permitían avanzar en el conocimiento del origen de la enfermedad ni en su tratamiento. Como apunta Brigitte Gomperts, «los científicos no han sido capaces de recrear un modelo de cicatrización pulmonar en una placa de laboratorio».

Y llegados a este punto, ¿cuál podría ser la solución? Pues según el nuevo estudio, la construcción a partir de células madre de ‘mini-pulmones’ que imiten las capacidades de los pulmones verdaderos.

Para ello, los autores reprogramaron células pulmonares adultas en células madre, las adhirieron a un gel y dividieron el gel en pequeños cilindros o ‘pozos’ de tan solo 7 milímetros de grosor. Una vez inducidas para que se diferenciaran en células pulmonares, las células crecieron alrededor de los cilindros, que adquirieron así la forma de ‘sacos de aire’ que se encuentran en los pulmones reales y que finalmente se autoensamblaron siguiendo siempre un mismo patrón tridimensional. El resultado, un ‘mini-pulmón’ formado por células pulmonares y con una estructura similar al que presentan los tejidos generados en el laboratorio a partir de secciones de un pulmón humano real.

Como indica Dan Wilkinson, co-autor del estudio, «la técnica es muy sencilla y nos permite fabricar millares de piezas reproducibles que imitan a los pulmones y que contienen células específicas de cada paciente».

Es más; los autores también añadieron factores moleculares específicos al cultivo que provocaron que los ‘mini-pulmones’ desarrollaran cicatrices similares a las que se observan en la FPI. Un resultado que es posible lograr con los cultivos de dos dimensiones.

En definitiva, los nuevos organoides permitirán a los investigadores estudiar las causas biológicas y la eficacia de posibles tratamientos en enfermedades como la FPI. Y para ello, tan solo hay que coger células pulmonares del paciente, reprogramarlas en células madre, inducir que se diferencien en células pulmonares y formar cultivos tridimensionales.

Como concluye Brigitte Gomperts, «esta es la base para la medicina de precisión y los tratamientos personalizados».

Células madre para cultivar estructuras 3D pulmonares fuera del cuerpo

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/21128/celulas-madre-para-cultivar-estructuras-3d-pulmonares-fuera-del-cuerpo/

Recubriendo diminutas perlas de gel con células madre procedentes del pulmón, y permitiendo que se autoensamblen adoptando la forma de estructuras pulmonares humanas, unos investigadores han conseguido crear unos “organoides” de pulmón que son tridimensionales, es decir que no se limitan a una capa plana y delgada de células sobre la superficie de una placa de laboratorio sino que crecen también en vertical de manera significativa.

Este tejido cultivado en laboratorio y que es parecido al de un pulmón normal, se puede usar para estudiar enfermedades, incluyendo la fibrosis pulmonar idiopática, que habitualmente es difícil de estudiar usando métodos convencionales.

El equipo de la Dra. Brigitte Gomperts, profesora de oncología y hematología pediátrica en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Estados Unidos, todavía no ha conseguido hacer crecer un pulmón completo y totalmente funcional, pero sí ha logrado tomar células pulmonares y situarlas en la disposición y el patrón geométrico correctos para imitar a la estructura básica de un pulmón humano.

La fibrosis pulmonar idiopática es una enfermedad crónica caracterizada por la cicatrización de los pulmones. Esto los hace gruesos y rígidos, lo que con el paso del tiempo resulta en dificultades respiratorias que empeoran progresivamente y, como consecuencia de ello, una escasez creciente de oxígeno en el cerebro y en órganos vitales. Después del diagnóstico, la mayoría de la gente con la enfermedad vive de tres a cinco años. Aunque en la mayoría de casos de fibrosis pulmonar idiopática se desconoce qué la causa, para un pequeño porcentaje de personas se sabe que hay un componente genético importante, al ser habituales los casos en familias específicas. Además, fumar cigarrillos y la exposición a ciertos tipos de polvo pueden aumentar el riesgo de desarrollar la enfermedad.

El tejido tridimensional cultivado en laboratorio mediante la nueva técnica (izquierda) se parece al natural de un pulmón humano adulto (derecha). (Imágenes: UCLA Broad Stem Cell Research Center)

Para estudiar el efecto de las mutaciones genéticas o de los fármacos en las células pulmonares, la comunidad científica ha utilizado previamente cultivos bidimensionales de ellas. Pero cuando toman células de personas con fibrosis pulmonar idiopática y las hacen crecer en estos cultivos planos, las células parecen sanas. O sea que los científicos en esos experimentos no han podido realmente modelar la cicatrización pulmonar en una placa de Petri. La incapacidad de modelar la fibrosis pulmonar idiopática en el laboratorio complica el estudio de la biología de la enfermedad y reduce las oportunidades de diseñar posibles tratamientos.

Usando los nuevos organoides pulmonares, los investigadores podrán estudiar las claves biológicas de la fibrosis pulmonar idiopática y otras enfermedades pulmonares, así como probar también posibles tratamientos para ellas.

Información adicional

Nuevo método para cultivar y mantener células precursoras del riñón

Fuente: http://www.diariomedico.com/2016/08/26/area-cientifica/especialidades/genetica/nuevo-metodo-para-cultivar-y-mantener-celulas-precursoras-del-rinon

Un grupo de investigadores habría desarrollado un método para mantener cultivos de células precursoras del riñón en su estado progenitor indefinidamente, según publica Cell Stem Cell.

Científicos del Instituto Salk (Estados Unidos) han desarrollado un método para mantener cultivos de células nefronas precursoras.

Científicos del Instituto Salk (Estados Unidos) habrían descubierto un método para producir células precursoras del riñón sin fecha de caducidad, según un artículo publicado en Cell Stem Cell. Los intentos anteriores de mantener cultivos de las denominadas células progenitoras de nefronas habían fallado, ya que las células morían o perdían gradualmente su potencial de desarrollo en lugar de permanecer en un estado precursor más útil médicamente.

Utilizando un cultivo tridimensional y una nueva mezcla de moléculas de apoyo, los científicos del Instituto Salk han suspendido a las células en su desarrollo temprano. Estas podrían utilizarse para fabricar nuevo tejido del riñón para estudiar el órgano o tratar enfermedades.

"Hemos proporcionado una prueba de principio sobre cómo mantener números ilimitados de células precursoras del riñón. Tener un suministro de estas células podría ser un punto de partida para poder desarrollar órganos funcionales en el laboratorio, así como para empezar a aplicar terapia celular a los riñones con genes disfuncionales", declaró Juan Carlos Izpisúa Belmonte, del Laboratorio de Expresión Genética del Instituto Salk.

Las células progenitoras de nefronas (NPCs, por sus siglas en inglés), al menos en humanos, sólo existen durante una breve fase del desarrollo embrionario. Las células continúan formando nefronas, las unidades funcionales del riñón, responsables de filtrar la sangre y excretar la orina. Pero los adultos no poseen NPCs para hacer crecer de nuevo tejido del riñón dañado o enfermo. Generar NPCs en el laboratorio ofrecerá una nueva forma de estudiar el desarrollo del riñón y de curar enfermedades.

Anteriormente, otros grupos de investigación han usado células madre de pluripotencia inducida para generar células NPC. "Esos métodos llevan mucho tiempo, es difícil aislar una población pura, y su estado como células precursoras era transitorio", señaló Zhongwei Li, coautor del artículo. En esos casos, las NPCs se convertían en células del riñón adultas en cuestión de días, acabando así con la población estable de células precursoras para estudiar.

Trabajando con NPCs aisladas directamente de embriones de ratones, el equipo trató de desarrollar métodos que las mantuvieran en su estado precursor, habitualmente transitorio. Descubrieron que, si mantenían las células en un cultivo tridimensional en lugar de en uno plano, y utilizaban un nuevo compuesto de moléculas señalizadoras, podrían mantener las NPCs durante más de 15 meses.

A continuación, comprobaron que las células, una vez establecidas en nuevas condiciones, podían guiarse para transformarse en estructuras de nefronas, tanto al trasplantarlas en animales como en el laboratorio. Por último, los científicos lograron replicar los mismos resultados con células embrionarias humanas.

"La estrategia de cultivos en tres dimensiones en nuestro estudio puede utilizarse probablemente en otras células progenitoras, para generar tejido de los órganos", dijo Jun Wu, coautor del estudio.

Aparte de la terapia regenerativa para reemplazar órganos enfermos, los investigadores indican que las NPCs podrían emplearse para generar modelos de enfermedades en el laboratorio. Introduciendo mutaciones asociadas a disfunciones en las células, podrían estudiar el comienzo y la progresión de la enfermedad y ganar nuevas perspectivas sobre ella, así como un seguimiento que les permitiera desarrollar nuevos fármacos para tratarla.

Próximamente, los científicos querrían investigar cómo cultivar otros tipos de células precursoras requeridas para un riñón completo. "Hay muchísimas células progenitoras que trabajan juntas para hacer un órgano nuevo completo", indica Toshikazu Araoka, otro de los autores. "Si conseguimos cultivar también otras células precursoras, estaremos más cerca de fabricar un riñón trasplantable".

Crean células progenitoras de riñón que sobreviven en el laboratorio

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/20867/crean-celulas-progenitoras-de-rinon-que-sobreviven-en-el-laboratorio/

Investigadores del Salk Institute for Biological Studies de California (EE.UU.), en colaboración con expertos del Hospital Clínic y el Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer (Idibaps) de Barcelona (España), han conseguido crear y mantener estructuras renales gracias a un cultivo tridimensional y una nueva combinación de moléculas de señalización.

Es la primera vez que se consigue conservar un cultivo de células progenitoras de nefrona (unidad estructural y funcional básica del riñón), lo que supone un gran espaldarazo a la investigación básica y traslacional sobre el desarrollo de las enfermedades renales y un paso más hacia la posibilidad de crear un riñón trasplantable.

El estudio, liderado por Juan Carlos Izpisúa Belmonte, profesor del Laboratorio de Expresión Génica en el Salk Institute, se publica en la revista Cell Stem Cell.

Los intentos previos de mantener cultivos de células progenitoras de nefrona (CPN) habían fracasado, pero ahora se aporta "una prueba sobre cómo crear y mantener un número ilimitado de células precursoras de riñón", afirma Izpisúa.

El hecho de conseguir "un suministro de estas células podría ser un punto de partida para hacer crecer órganos funcionales en el laboratorio, así como una manera de empezar a aplicar terapias celulares en riñones con genes defectuosos", añade.

Además de una terapia regenerativa para reemplazar órganos enfermos, las CPN podrían utilizarse para modelar enfermedades en los laboratorios.

Así, mediante la introducción de mutaciones relacionadas con la enfermedad de las células, los investigadores serían capaces de estudiar su aparición y progresión y obtener nuevos datos que podrían derivar en el descubrimiento de medicamentos para su tratamiento.

Células progenitoras renales de laboratorio (en rojo) después de ser transplantadas a un riñón tienen la capacidad de integrarse funcionalmente y formar parte del mismo.

Normalmente, las CPN están presentes, en los humanos, durante una breve etapa del desarrollo embrionario. Las células pasan a formar nefronas, la unidad básica y funcional del riñón responsable de la filtración de la sangre y de la excreción de la orina.

Después de la vida embrionaria, no tenemos las CPN que permitirían hacer crecer nuevo tejido renal después de sufrir una enfermedad o daño, por lo que su generación en el laboratorio ofrecerá una nueva manera de estudiar el desarrollo del riñón y, finalmente, de tratar las enfermedades renales.

Anteriormente, se habían utilizado otros métodos para conseguir crear células precursoras de riñón que sobrevivieran en el laboratorio. Sin embargo, en estas tentativas, las CPN maduraban en células de riñón adultas en cuestión de días y no dejaban células progenitoras para estudiar.

El descubrimiento se ha basado en la utilización de un cultivo donde las células podían crecer en un entorno tridimensional y no en un plano bidimensional, así como en una nueva combinación de moléculas de señalización, lo cual ha permitido conservar las CPN durante más de quince meses.

Las células, gracias a estas nuevas condiciones, pueden ser inducidas a convertirse en estructuras de nefronas en el laboratorio o cuando se trasplantan en animales. El equipo del Salk Institute utilizó CPN embrionarias, así como otras, generadas de células madre, para ajustar el protocolo para el uso humano y se ha podido demostrar, en ambos casos, que las CPN se podían mantener a largo plazo.

El siguiente eslabón que se deberá superar es el de profundizar en la investigación sobre cómo poder cultivar otros tipos de progenitores indispensables para regenerar un riñón entero. "Hay varias células progenitoras que trabajan conjuntamente para crear un órgano completo", apunta Zhongwei Li, también del Salk Institute.

"Si somos capaces de cultivar otras células progenitoras, estaremos más cerca de crear un riñón trasplantable", sostiene. Por otro lado, el cultivo tridimensional utilizado en este estudio puede aplicarse, potencialmente, para la formación de otros tejidos orgánicos.

New method creates endless supply of kidney precursor cells

Fuente: http://medicalxpress.com/news/2016-08-method-endless-kidney-precursor-cells.html

Salk researchers created kidney progenitor cells that survive in the lab using 3-D culture and a mix of supporting molecules. The technology could help point to new cell therapies.

Salk Institute scientists have discovered the holy grail of endless youthfulness—at least when it comes to one type of human kidney precursor cell. Previous attempts to maintain cultures of the so-called nephron progenitor cells often failed, as the cells died or gradually lost their developmental potential rather than staying in a more medically useful precursor state.

But by using a three-dimensional culture and a new mixture of supporting molecules, Salk researchers have successfully suspended the cells early in their development. Such early-stage kidney cells could be used to grow replacement kidney tissue in order to study the organ as well as treat disease.

"We provide a proof-of-principle for how to make and maintain unlimited numbers of precursor kidney cells," says Juan Carlos Izpisua Belmonte, professor in Salk's Gene Expression Laboratory. "Having a supply of these cells could be a starting point to grow functional organs in the laboratory as well as a way to begin applying cell therapy to kidneys with malfunctioning genes." The work was published in Cell Stem Cell.

Nephron progenitor cells (NPCs), at least in humans, normally only exist during a brief stage of embryonic development. The cells go on to form nephrons, the functional units of the kidney, responsible for filtering the blood and excreting urine. But adults have no remaining NPCs to grow new kidney tissue after damage or disease. Generating NPCs in the lab, scientists believe, will offer a new way to study kidney development and eventually treat kidney diseases.

Previously, other groups of scientists have used induced pluripotent stem cells (iPSCs) to make NPC-like cells. "Those approaches take a long time, it is difficult to isolate a pure population, and the NPC-like cells are still transient," says Zhongwei Li, a research associate in the Izpisua Belmonte lab and co-first author of the new paper. In those cases, the NPCs often matured into adult kidney cells in a manner of days, leaving no steady population of progenitor cells to study.

Salk scientists created a new method to develop endless supply of kidney precursor cells. Pictured are long-term cultured nephron progenitor cells (red) incorporating and becoming part of the kidney after transplanted into a developing kidney.

First working with NPCs directly isolated from mouse embryos, Izpisua Belmonte, Li and collaborators worked to develop methods that would keep the NPCs in their usually transient, progenitor state. They discovered that if they maintained the cells in a three-dimensional culture, rather than a flat dish, and used a new mixture of signaling molecules, they could maintain the NPCs for more than 15 months. They went on to show that the cells—when moved to new conditions—could then be coaxed to develop into functional nephron-like structures both in the lab or when transplanted into animals.

Next, the team used both human embryonic NPCs and human NPCs generated from stem cells to tweak the protocol for human use. Again, they were able to maintain the NPCs long term.

"The 3D culture strategy used in our study can potentially be applied to other lineage progenitors for efficient formation of tissue organoids," says co-first author Jun Wu, Salk research associate.

Aside from a regenerative therapy to replace ailing organs, the scientists add that the NPCs could be used to model diseases in the lab. By introducing disease related mutations to the cells, researchers could study the onset and progression of the disease and gain new insights into the disease as well as screen and discover new treatment drugs.

Next, the researchers would like to investigate how to culture the other types of progenitor cells that are required for a full kidney, in addition to the nephrons formed by NPCs. "There are several progenitor cells that work together to make a whole organ," adds co-first author Toshikazu Araoka, Salk research associate. "If we can culture the other progenitor cells as well, we'll be closer to building a transplantable kidney."

Explore further: In boost for transplants, kidney tissue grown in lab

Journal reference: Cell Stem Cell

Crean células progenitoras de riñón que sobreviven en el laboratorio

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Crean-celulas-progenitoras-de-rinon-que-sobreviven-en-el-laboratorio

Una nueva investigación con participación española ha desarrollado estructuras renales gracias a la utilización de un cultivo tridimensional y de una nueva combinación de moléculas de señalización. El hallazgo, publicado en la revista Cell Stem Cell, supone un paso más hacia la posibilidad de crear un riñón trasplantable.

Células progenitoras renales de laboratorio (en rojo) después de ser transplantadas a un riñón tienen la capacidad de integrarse funcionalmente y formar parte del mismo.

Investigadores del Salk Institute for Biological Studies de California, en colaboración con expertos del Hospital Clínic y el Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer (Idibaps) de Barcelona, han conseguido crear y mantener estructuras renales gracias a un cultivo tridimensional y una nueva combinación de moléculas de señalización.

Es la primera vez que se consigue conservar un cultivo de células progenitoras de nefrona (unidad estructural y funcional básica del riñón), lo que supone un gran espaldarazo a la investigación básica y traslacional sobre el desarrollo de las enfermedades renales y un paso más hacia la posibilidad de crear un riñón trasplantable.

El estudio, liderado por Juan Carlos Izpisua Belmonte, profesor del Laboratorio de Expresión Génica en el Salk Institute, se publica en la revista Cell Stem Cell.

Los intentos previos de mantener cultivos de células progenitoras de nefrona (CPN) habían fracasado, pero ahora se aporta "una prueba sobre cómo crear y mantener un número ilimitado de células precursoras de riñón", afirma Izpisua.

El hecho de conseguir "un suministro de estas células podría ser un punto de partida para hacer crecer órganos funcionales en el laboratorio, así como una manera de empezar a aplicar terapias celulares en riñones con genes defectuosos", añade.

Además de una terapia regenerativa para reemplazar órganos enfermos, las CPN podrían utilizarse para modelar enfermedades en los laboratorios.

Así, mediante la introducción de mutaciones relacionadas con la enfermedad de las células, los investigadores serían capaces de estudiar su aparición y progresión y obtener nuevos datos que podrían derivar en el descubrimiento de medicamentos para su tratamiento.

Normalmente, las CPN están presentes, en los humanos, durante una breve etapa del desarrollo embrionario. Las células pasan a formar nefronas, la unidad básica y funcional del riñón responsable de la filtración de la sangre y de la excreción de la orina.

Después de la vida embrionaria, no tenemos las CPN que permitirían hacer crecer nuevo tejido renal después de sufrir una enfermedad o daño, por lo que su generación en el laboratorio ofrecerá una nueva manera de estudiar el desarrollo del riñón y, finalmente, de tratar las enfermedades renales.

Anteriormente, se habían utilizado otros métodos para conseguir crear células precursoras de riñón que sobrevivieran en el laboratorio. Sin embargo, en estas tentativas, las CPN maduraban en células de riñón adultas en cuestión de días y no dejaban células progenitoras para estudiar.

El descubrimiento se ha basado en la utilización de un cultivo donde las células podían crecer en un entorno tridimensional y no en un plano bidimensional, así como en una nueva combinación de moléculas de señalización, lo cual ha permitido conservar las CPN durante más de quince meses.

Las células, gracias a estas nuevas condiciones, pueden ser inducidas a convertirse en estructuras de nefronas en el laboratorio o cuando se trasplantan en animales. El equipo del Salk Institute utilizó CPN embrionarias, así como otras, generadas de células madre, para ajustar el protocolo para el uso humano y se ha podido demostrar, en ambos casos, que las CPN se podían mantener a largo plazo.

El siguiente eslabón que se deberá superar es el de profundizar en la investigación sobre cómo poder cultivar otros tipos de progenitores indispensables para regenerar un riñón entero. "Hay varias células progenitoras que trabajan conjuntamente para crear un órgano completo", apunta Zhongwei Li, también del Salk Institute.

"Si somos capaces de cultivar otras células progenitoras, estaremos más cerca de crear un riñón trasplantable", sostiene. Por otro lado, el cultivo tridimensional utilizado en este estudio puede aplicarse, potencialmente, para la formación de otros tejidos orgánicos.

Referencia bibliográfica:

Zhongwei Li, Toshikazu Araoka, Jun Wu, Hsin-Kai Liao, Mo Li, Marta Lazo, Bing Zhou, Yinghui Sui, Min-Zu Wu, Isao Tamura, Yun Xia, Ergin Beyret, Taiji Matsusaka, Ira Pastan, Concepcion Rodriguez Esteban, Pedro Guillen, Josep M. Campistol, and Juan Carlos Izpisua Belmonte. "3D Culture Supports Long-Term Expansion of Mouse and Human Nephrogenic Progenitors". Cell Stem Cell (2016), DOI: 10.1016/j.stem.2016.07.016

Cartílago fabricado a partir de células madre permitirá tratar la artritis y la artrosis de cadera

Fuente: http://www.abc.es/salud/enfermedades/abci-crean-cartilago-partir-celulas-madre-para-tratar-artritis-y-artrosis-cadera-201607182007_noticia.html

El nuevo cartílago reviste una estructura que imita la articulación de la cadera y que posee propiedades antiinflamatorias para revertir los síntomas de la artritis.

Estructura 3D rodeada de cartílago con la forma de la articulación de la cadera.

Dada su capacidad para, por una parte, diferenciarse en cualquier tipo de célula y, por otra, dividirse de forma ilimitada, las células madre constituyen la base de los actuales estudios de investigación para la generación o regeneración de órganos y tejidos. Es el caso, entre otros, de los cartílagos que unen los huesos y articulaciones, cuyo desgaste o inflamación en las enfermedades crónicas como la artritis o la artrosis hacen que aparezca dolor, hinchazón y pérdida de movimiento. De hecho, investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis (EE.UU.) han logrado programar células madre para que formen un cartílago en torno a un molde con la forma de la articulación de la cadera, logrando así un implante mucho más ‘natural’ y ‘duradero’ que las actuales prótesis artificiales que se emplean en la cirugía para el reemplazo de esta articulación.

El estudio, publicado en la revista «Proceedings of the National Academy of Sciences», ofrece una alternativa, aun futura, para la cirugía de reemplazo de cadera, sobre todo en los pacientes jóvenes. Y es que a día de hoy, los médicos se niegan a llevar a cabo estas intervenciones en los menores de 50 años por una sencilla razón: las prótesis artificiales tienen una vida media inferior a los 20 años. Un aspecto a tener muy en cuenta dado que, al requerir la retirada de la prótesis desgastada, una segunda operación de remplazo de la articulación siempre supone un alto riesgo de destrucción del hueso y de aparición de infecciones.

Como explica Farshid Guilak, director de la investigación, «el reemplazo de una prótesis desgastada es una operación muy difícil. Por ello, hemos desarrollado una forma de recubrir la articulación utilizando las células madre del propio paciente para generar nuevo cartílago, revestimiento que además combinamos con una terapia génica para producir moléculas antiinflamatorias que reviertan las artritis. Nuestro objetivo es prevenir, o cuando menos demorar, el reemplazo de las prótesis convencionales elaboradas con plásticos y metales».

La nueva técnica utiliza una estructura sintética biodegradable y tridimensional que puede moldearse en cualquier articulación –en este caso, la cadera– y que, posteriormente, es cubierta con el cartílago generado a partir de las células madre obtenidas de la reprogramación de las células de la piel del propio paciente. En consecuencia, la estructura puede ser implantada en la superficie de, por ejemplo, la cadera afectada por la artritis. De esta manera, y dado que la articulación está recubierta con un tejido ‘vivo’, se alivia el dolor causado por la artritis e, incluso, se puede demorar o eliminar la necesidad de cirugía de reemplazo de la articulación en muchos pacientes.

Pero aún hay más. También se puede incluir un gen en el cartílago regenerado, gen que posteriormente se activará con un fármaco para que produzca moléculas antiinflamatorias que reviertan la artritis. Y es que, de hecho, es esta inflamación la que provoca los primeros problemas articulares asociados a la enfermedad.

Como indica Farshid Guilak, «en los casos en los que haya inflamación podremos administrar al paciente un simple fármaco que activará el gen previamente implantado para disminuir la inflamación articular. Así, podremos cesar la administración del fármaco en cualquier momento, lo que dará lugar a una inactivación de este gen».

Y esta terapia génica ‘adicional’, ¿es importante? Pues sí, y mucho. No en vano, como apunta el director del estudio, «cuando los niveles de moléculas inflamatorias se incrementan en una articulación, el cartílago se destruye y aumenta el dolor. Sin embargo, la adición de esta terapia génica a la estructura y a las células madre podrían ‘convencer’ a las articulaciones de los pacientes para que se defiendan de la artritis y, así, conserven una funcionalidad óptima durante más tiempo».

En definitiva, la nueva estructura tridimensional rodeada del ‘propio’ cartílago del paciente podría resultar muy útil para el tratamiento de la cadera afectada por la artritis o por la artrosis. Y es que como destaca Franklin Moutos, co-autor del estudio, «esta estructura única es el resultado de la unión de cerca de 600 fibras biodegradables para crear un tejido de alto rendimiento que puede funcionar como un cartílago normal. Tal es así que los implantes de fibras son lo suficientemente fuertes como para soportar hasta 10 veces el peso del paciente, que es lo que generalmente tienen que aguantar nuestras articulaciones cuando hacemos ejercicio».

Y llegados a este punto, ¿cuánto tendrán que esperar los pacientes para beneficiarse de este avance? Pues la verdad es que aún habrá que esperar. Y es que si bien los implantes ya se están probando en modelos animales, los autores estiman que, en caso de que todo vaya bien, los ensayos cínicos con seres humanos no se pondrán en marcha hasta dentro de 3 a 5 años.

Caderas en 3D con células madre para la artritis

Fuente: http://www.elmundo.es/salud/2016/07/18/578d22fc468aebf06c8b463c.html

El cartílago está elaborado con células madre de la piel del paciente.

A los pacientes jóvenes con artritis en la cadera no les queda más remedio que operarse e implantarse una prótesis para poder seguir caminando. La vida media de éstas no supera los 20 años, por lo que transcurrido ese tiempo, hay que volver a operar para cambiarla. Se trata de una cirugía muy agresiva que puede complicarse por el riesgo de infecciones. Se sabe que en las articulaciones de los pacientes con artritis los niveles de moléculas inflamatorias son muy altos. Esto hace que se destruya el cartílago y aparezca el dolor.

Buscando alternativas a las prótesis convencionales, se ha conseguido programar células madre para que generen cartílago en una estructura en 3D similar a la articulación de la cadera. Es decir, fabrican una articulación de la cadera a medida (prótesis) y con las células del paciente.

Es más, el equipo de Farshid Guilak, profesor de Cirugía Ortopédica en la Universidad Washington, en St. Louis, junto con investigadores de Cytex Therapeutics, en Durham (Carolina del Norte), ha utilizado también terapia génica para que ese cartílago libere moléculas antiinflamatorias que eviten que se vuelva a producir artritis en esa articulación, tal y como se recoge en un estudio que se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences. El objetivo principal es prevenir o, por lo menos, retrasar la implantación de una prótesis de cadera convencional en estos pacientes.

Lo primero que han hecho los investigadores ha sido construir una estructura sintética biodegradable con técnicas de 3D que se ha modelado siguiendo la forma de la articulación del paciente. A continuación, han cubierto la estructura con cartílago fabricado con células madre obtenidas a partir de la piel del paciente. De esta forma, se puede implantar en una cadera con artritis. Reparar la articulación de la cadera con una especie de tejido viviente favorece el alivio del dolor. En el mejor de los casos, se podrá conseguir que no sea necesario hacer cirugía de la cadera en algunos pacientes.

Además estas prótesis hechas con células madre tienen un ingrediente más: un gen que dirige la liberación de unas moléculas antiinflamatorias que detienen la progresión de la artritis. Según cuenta Farshid Guilak, cuando se produce la inflamación, se puede administrar un fármaco que activa al gen que se ha implantado en la prótesis 3D. De esta forma, se reduce la inflamación y, por consiguiente, el dolor en la articulación. Una cosa importante es que una vez que se deja de administrar el fármaco, el gen se inactiva.

Utilizar de forma conjunta la terapia celular y la génica es muy importante porque, además de conseguir reemplazar la articulación dañada, se intenta esquivar la aparición de una nueva artritis, lo que hace que el paciente pueda caminar y hacer una vida normal durante más tiempo y con una mayor calidad.

Aún hay que esperar a ver qué pasa cuando se implanten estas nuevas prótesis hechas con células madre en un paciente. Por el momento, están listas para ver cómo funcionan en animales de laboratorio. Si todo va bien, en unos tres o cinco años se empezarán a utilizar.