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

Células madre para reparar pulmones dañados

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/15219/celulas-madre-para-reparar-pulmones-danados/es/

Colectivamente, enfermedades de las vías respiratorias como el enfisema, la bronquitis, el asma y la fibrosis quística, son algunas de las principales causas de muerte en todo el mundo. Solo en Estados Unidos, más de 35 millones de personas sufren de enfermedades respiratorias crónicas.

Unos científicos han propuesto ahora una nueva dirección que podría, en el futuro, llevar al desarrollo de un método para mitigar estos problemas de salud. Los hallazgos del estudio muestran cómo sería posible utilizar células madre embrionarias para reparar tejidos pulmonares dañados.

La investigación hecha por el equipo de Yair Reisner, del Instituto Weizmann de Ciencia en Israel, empezó con una reflexión acerca del parecido entre dos tipos de células: ciertas células madre que normalmente residen en los pulmones son muy similares a las que se encuentran en la médula ósea. En cada órgano, las células madre, en vez de estar distribuidas por todo el tejido, se hallan concentradas en compartimientos especiales que contienen todas las provisiones que necesitan. Eso hizo pensar a Reisner y sus colegas que podría ser factible trasplantar células madre de médula ósea para reparar tejido pulmonar.

El trasplante de médula ósea se basa en dos principios fundamentales: la capacidad de las células madre de navegar a través de la sangre hasta el compartimento apropiado y el aclarado previo de este último a fin de hacer espacio para las células madre trasplantadas. El equipo de Reisner y Chava Rosen pensó que podía ser posible aplicar estos principios en la introducción de nuevas células madre en los pulmones. Pero antes de que pudieran hacer esto, necesitaban encontrar una fuente de células madre pulmonares adecuadas para trasplante, todo un problema, debido a su escasez.

Se crean continuamente nuevas células pulmonares para reemplazar a las dañadas: tejido pulmonar seis semanas después del trasplante de células madre (izquierda) y 16 semanas después de este (derecha). Las células que se originaron de las células madre trasplantadas son verdes, a diferencia de las células pulmonares nativas, que no tienen color.

El grupo superó este obstáculo utilizando células madre embrionarias de las semanas 20ª a la 22ª. Su investigación mostró que este es el intervalo ideal durante el cual obtener las células: las más jóvenes no han completado el proceso de diferenciación; las más viejas son menos capaces de regenerar los pulmones.

Reisner y sus colegas llevaron a cabo una serie de experimentos en los que despejaron los compartimentos de células madre del pulmón con un nuevo método que habían desarrollado, y después inyectaron las nuevas células madre en modelos de ratón de daño pulmonar. Las células madre embrionarias de pulmón consiguieron encontrar su camino a través de la sangre hasta los pulmones y establecerse en el compartimento apropiado. Transcurridas unas seis semanas, estas células se estaban diferenciando en tejido pulmonar normal. Los pulmones dañados de los ratones sanaron, y su respiración mejoró notablemente.

Información adicional

Study shows possibility of using embryonic stem cells to repair damaged lung tissue

Fuente: http://www.news-medical.net/news/20150715/Study-shows-possibility-of-using-embryonic-stem-cells-to-repair-damaged-lung-tissue.aspx

Collectively, such diseases of the airways as emphysema, bronchitis, asthma and cystic fibrosis are the second leading cause of death worldwide. More than 35 million Americans alone suffer from chronic respiratory disease. Weizmann Institute scientists have now proposed a new direction that could, in the future, lead to the development of a method for alleviating some of their suffering. The study's findings, which appeared in Nature Medicine, show how it might be possible to use embryonic stem cells to repair damaged lung tissue.

The research began with an insight: Certain stem cells that normally reside in the lungs are highly similar to those in the bone marrow. In each organ, the stem cells, rather than being distributed throughout the tissue, are concentrated in special compartments that contain all the provisions that stem cells need. Prof. Yair Reisner of the Weizmann Institute's Immunology Department says: "That understanding suggested to us that we might be able to apply our knowledge of techniques for transplanting bone marrow stem cells to repairing lung tissue."

Bone marrow transplant is based on two main principles: the ability of stem cells to navigate through the blood to the appropriate compartment and the prior clearing out of the compartment to make room for the transplanted stem cells. Reisner and his group thought it might be possible to apply these principles to introducing new stem cells into the lungs. But before they could do this, they needed to find a source of lung stem cells suitable for transplanting - a problem, as they are quite rare.

The group overcame this obstacle by using embryonic stem cells from the 20th -22nd week. Their research showed that this is the ideal time frame in which to harvest the cells: Younger cells have not completed the process of differentiation; older cells are less capable of lung regeneration. The team then conducted a series of experiments in which they cleared the lung's stem cell compartments with a method they had developed, and then the new stem cells were injected into mouse models of lung damage. The embryonic lung stem cells managed to find their way through the blood to the lungs and settle into the proper compartment. By six weeks, these cells were differentiating into normal lung tissue. The damaged lungs healed in the mice, and their breathing improved significantly.

Next, Reisner intends to determine the correct dosage of drugs that are needed to prevent rejection of the transplanted cells, which will be needed following such procedures. "But our real vision, bolstered by this success," says Reisner, "is to create a bank of lung tissue that will be a resource for embryonic lung stem cells." This bank could mean that there is a ready source of cells for repairing the damage in those with severe respiratory disease.

Researchers produce iPSC model to better understand genetic lung/liver disease

Fuente: http://medicalxpress.com/news/2015-04-ipsc-genetic-lungliver-disease.html

Using patient-derived stem cells known as induced pluripotent stem cells (iPSC) to study the genetic lung/liver disease called alpha-1 antitrypsin (AAT) deficiency, researchers have for the first time created a disease signature that may help explain how abnormal protein leads to liver disease.

The study, which appears in Stem Cell Reports, also found that liver cells derived from AAT deficient iPSCs are more sensitive to drugs that cause liver toxicity than liver cells derived from normal iPSCs. This finding may ultimately lead to new treatments for the condition.

IPSC's are derived from the donated skin or blood cells of adults and, with the reactivation of four genes, are reprogrammed back to an embryonic stem cell-like state. Like embryonic stem cells, iPSC can be differentiated toward any cell type in the body, but they do not require the use of embryos. Alpha-1 antitrypsin deficiency is a common genetic cause of both liver and lung disease affecting an estimated 3.4 million people worldwide.

Researchers from the Center for Regenerative Medicine (CReM) at Boston University and Boston Medical Center (BMC) worked for several years in collaboration with Dr. Paul Gadue and his group from Children's Hospital of Philadelphia to create iPSC from patients with and without AAT deficiency. They then exposed these cells to certain growth factors in-vitro to cause them to turn into liver-like cells, in a process that mimics embryonic development. Then the researchers studied these "iPSC-hepatic cells" and found the diseased cells secrete AAT protein more slowly than normal cells. This finding demonstrated that the iPSC model recapitulates a critical aspect of the disease as it occurs in patients. AAT deficiency is caused by a mutation of a single DNA base. Correcting this single base back to the normal sequence fixed the abnormal secretion.

"We found that these corrected cells had a normal secretion kinetic when compared with their diseased, parental cells that are otherwise genetically identical except for this single DNA base," explained lead author Andrew A. Wilson, MD, assistant professor of medicine at Boston University School of Medicine and Director of the Alpha-1 Center at BU and BMC.

They also found the diseased (AAT deficient) iPSC-liver cells were more sensitive to certain drugs (experience increased toxicity) than those from normal individuals. "This is important because it suggests that the livers of actual patients with this disease might be more sensitive in the same way," said Wilson, who is also a physician in pulmonary, critical care and allergy medicine at BMC.

According to Wilson, while some patients are often advised by their physicians to avoid these types of drugs, these recommendations are not based on solid scientific evidence. "This approach might now be used to generate that sort of evidence to guide clinical decisions," he added.

The researchers believe that studies using patient-derived stem cells will allow them to better understand how patients with AAT deficiency develop liver disease. "We hope that the insights we gain from these studies will result in the discovery of new potential treatments for affected patients in the near future," said Wilson.

Scientists grow 'mini-lungs' to aid the study of cystic fibrosis

Fuente: http://medicalxpress.com/news/2015-03-scientists-mini-lungs-aid-cystic-fibrosis.html

Scientists at the University of Cambridge have successfully created 'mini-lungs' using stem cells derived from skin cells of patients with cystic fibrosis, and have shown that these can be used to test potential new drugs for this debilitating lung disease.

The research is one of a number of studies that have used stem cells – the body's master cells – to grow 'organoids', 3D clusters of cells that mimic the behaviour and function of specific organs within the body. Other recent examples have been 'mini-brains' to study Alzheimer's disease and 'mini-livers' to model liver disease. Scientists use the technique to model how diseases occur and to screen for potential drugs; they are an alternative to the use of animals in research.

Cystic fibrosis is a monogenic condition – in other words, it is caused by a single genetic mutation in patients, though in some cases the mutation responsible may differ between patients. One of the main features of cystic fibrosis is the lungs become overwhelmed with thickened mucus causing difficulty breathing and increasing the incidence of respiratory infection. Although patients have a shorter than average lifespan, advances in treatment mean the outlook has improved significantly in recent years.

Researchers at the Wellcome Trust-Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute used skin cells from patients with the most common form of cystic fibrosis caused by a mutation in the CFTR gene referred to as the delta-F508 mutation. Approximately three in four cystic fibrosis patients in the UK have this particular mutation. They then reprogrammed the skin cells to an induced pluripotent state, the state at which the cells can develop into any type of cell within the body.

Using these cells – known as induced pluripotent stem cells, or iPS cells – the researchers were able to recreate embryonic lung development in the lab by activating a process known as gastrulation, in which the cells form distinct layers including the endoderm and then the foregut, from which the lung 'grows', and then pushed these cells further to develop into distal airway tissue. The distal airway is the part of the lung responsible for gas exchange and is often implicated in disease, such as cystic fibrosis, some forms of lung cancer and emphysema.

The results of the study are published in the journal Stem Cells and Development.

"In a sense, what we've created are 'mini-lungs'," explains Dr Nick Hannan, who led the study. "While they only represent the distal part of lung tissue, they are grown from human cells and so can be more reliable than using traditional animal models, such as mice. We can use them to learn more about key aspects of serious diseases – in our case, cystic fibrosis."

The genetic mutation delta-F508 causes the CFTR protein found in distal airway tissue to misfold and malfunction, meaning it is not appropriately expressed on the surface of the cell, where its purpose is to facilitate the movement of chloride in and out of the cells. This in turn reduces the movement of water to the inside of the lung; as a consequence, the mucus becomes particular thick and prone to bacterial infection, which over time leads to scarring – the 'fibrosis' in the disease's name.

Using a fluorescent dye that is sensitive to the presence of chloride, the researchers were able to see whether the 'mini-lungs' were functioning correctly. If they were, they would allow passage of the chloride and hence changes in fluorescence; malfunctioning cells from cystic fibrosis patients would not allow such passage and the fluorescence would not change. This technique allowed the researchers to show that the 'mini-lungs' could be used in principle to test potential new drugs: when a small molecule currently the subject of clinical trials was added to the cystic fibrosis 'mini lungs', the fluorescence changed – a sign that the cells were now functioning when compared to the same cells not treated with the small molecule.

"We're confident this process could be scaled up to enable us to screen tens of thousands of compounds and develop mini-lungs with other diseases such as lung cancer and idiopathic pulmonary fibrosis," adds Dr Hannan. "This is far more practical, should provide more reliable data and is also more ethical than using large numbers of mice for such research."

More information: "Generation of Distal Airway Epithelium from Multipotent Human Foregut Stem Cells." Stem Cells Dev. 2015 Mar 10. 

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25758640

Descubren un tipo de células madre clave en la regeneración del pulmón

Fuente: http://www.abc.es/salud/noticias/20141112/abci-celula-madre-pulmon-201411121628.html

El empleo de la medicina regenerativa en el pulmón, un tema discutido hasta la fecha, podría experimentar un impulso.

Pulmón del ratón durante el intercambio de oxígeno

Existe un grupo de células madre que están vinculadas a la regeneración del pulmón después de una lesión en los pulmones y que, como respuesta al daño pulmonar, se expanden y multiplican para regenerar el daño. La acaban de identificar un equipo de científicos del Jackson Laboratory for Genomic Medicine de Farminton (EE.UU.), un hallazgo que podría ayudar al desarrollo de terapias basadas en células madre para enfermedades pulmonares, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y la fibrosis pulmonar, que se han convertido en la principal causa de muerte en el mundo.

Hasta ahora la aplicabilidad de la medicina regenerativa en el tratamiento de la enfermedad pulmonar ha sido un tema controvertido. Sin embargo, se sabe que los pacientes que sobreviven a una pérdida masiva de tejido pulmonar a causa de neumonía o de un síndrome de dificultad respiratoria aguda, a menudo recuperan su función pulmonar completa al cabo de seis meses.

Células madre pulmonares (verde) creciendo en las zonas del pulmón dañadas por el virus de la gripe H1N1.

Asimismo, algunas investigaciones ya han visto en poblaciones de ratones con lesión pulmonar causada por el virus de la gripe H1N1 que un subconjunto de las células madre que se encuentra en las vías aéreas distales -las vías aéreas pequeñas que terminan en sacos de aire- están vinculadas con un proceso de regeneración, aunque los orígenes de esta población de células de las vías aéreas distales no estaba bien definida.

Ahora, el equipo de Frank McKeon y Wa Xian, cuyo trabajo publica «Nature» ha visto que estas células madre existen en el tejido pulmonar de ratón normal y que se reproducen rápidamente en respuesta al daño pulmonar inducido por el gripe. Además, los investigadores han visto que los clones de estas células pueden ser trasplantados en los pulmones del ratón dañados, donde generan diversos tipos de células, como las que se encuentran en los alvéolos y las vías respiratorias de los pulmones (bronquiolos).

Los resultados, afirman, profundizan en los mecanismos de la regeneración de pulmón y ponen de relieve posibles estrategias terapéuticas que podrían explotar este proceso.

Células troncales de las vías distales regeneran el pulmón dañado

Fuente: http://hematologia.diariomedico.com/2014/11/13/area-cientifica/especialidades/hematologia/celulas-troncales-vias-distales-regeneran-pulmon-danado

En las vías respiratorias distales se localiza un grupo de células madre que, tras una lesión pulmonar, promueven la regeneración del tejido, expandiendo la población celular.

Células derivadas de las troncales (marcadas en azul) que alcanzaron diversas zonas del pulmón murino.

En las vías respiratorias distales se localiza un grupo de células madre que, tras una lesión pulmonar, promueven la regeneración del tejido, expandiendo la población celular. Estas células troncales expresan las proteínas Trp63 (p63) y queratina 5 (krt5) en ratones, indica un estudio publicado en Nature. Este hallazgo podría servir para desarrollar nuevas terapias basadas en células madre para minimizar el daño tisular causado por enfermedades neumológicas, como la EPOC y la fibrosis pulmonar, entre otras.

Es sabido que los pacientes que sobreviven a una pérdida masiva de tejido pulmonar -por ejemplo, debida a una neumonía o a un síndrome de distress respiratorio agudo- suelen recuperar la función completa de sus pulmones en unos seis meses. También se han publicado trabajos que muestran la existencia de un subgrupo de células madre en las vías respiratorias distales (las que terminan en los alvéolos pulmonares) que se asocian con la regeneración. Así se ha constatado en pulmones murinos dañados tras una infección por el virus gripal H1N1. No obstante, los orígenes de esa población celular en las vías aéreas estaban poco definidos.

Ahora, un trabajo llevado a cabo por el grupo de Frank McKeon, en el Laboratorio Jackson de Medicina Genómica (Farmington), confirma que estas células madre existen en el tejido pulmonar murino y se reproducen rápidamente en respuesta al daño pulmonar inducido por la gripe. Los científicos demuestran que los clones de estas células pueden injertarse en pulmones murinos dañados, y dar lugar a varios tipos celulares, como los que se encuentran en los alvéolos y bronquiolos.

La falta de oxígeno activa las células madre del cuerpo carotídeo y provoca la hipertrofia del mismo

Fuente: http://www.lavanguardia.com/local/sevilla/20140116/54399185969/la-falta-de-oxigeno-activa-las-celulas-madre-del-cuerpo-carotideo-y-provoca-la-hipertrofia-del-mismo.html

La falta de oxígeno activa las células madre del cuerpo carotídeo y provoca la hipertrofia del mismo, según ha mostrado un grupo de investigadores liderados por José López-Barneo y Ricardo Pardal, miembros del Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS) y del Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (Ciberned).

El estudio, publicado en la revista 'Cell', ha analizado el efecto que provoca la hipoxemia (falta de oxígeno) en las células madre o progenitoras del cuerpo carotídeo adulto, uno de los pocos órganos del sistema nervioso periférico que tiene células madre.

De hecho, según la investigación, la falta de oxígeno activa las células madre en estado de quiescencia (dormidas) provocando su proliferación y su conversión en células maduras diferenciadas, obteniendo como resultado nuevas neuronas que estimulan al centro respiratorio para incrementar la respiración e intentar compensar dicha carencia de oxígeno en la sangre.

En concreto, el artículo parte de la base de que algunos tejidos adultos, incluido el cerebro, contienen células madre que se mantienen inactivadas y, cuando es necesario, éstas proliferan y se convierten en células maduras diferenciadas según las necesidades del cuerpo. Sin embargo, se desconoce la forma en la que las células madre dormidas son informadas de las demandas funcionales e instruidas para que se "despierten" y comiencen a producir nuevas células maduras.

Ante esto, la investigación describe dicho mecanismo, en el caso de las células madre o progenitoras del cuerpo carotídeo adulto, mostrando cómo las células glómicas (células neuronales maduras), sensibles a la presencia o ausencia de oxígeno y presentes en el cuerpo carotídeo, secretan neurotransmisores en respuesta a la hipoxia (principalmente un péptido denominado endotelina) estableciendo abundantes contactos sinápticos con las células madre, induciendo su proliferación y el consiguiente crecimiento del cuerpo carotídeo.

La demostración de que las células glómicas no sólo activan el centro respiratorio, sino que también inducen la hipertrofia del cuerpo carotídeo, necesaria para su adaptación a la hipoxemia crónica, tiene, a juicio de los expertos, un "importante valor" para la neurociencia. Y es que, prosiguen, ayuda a entender la regulación de la neurogénesis y permite avanzar en la comprension y el tratamiento de la falta de oxígeno en el cuerpo, una situación que afecta los pacientes con enfermedades pulmonares crónicas o a aquellos que viajan habitualmente a grandes alturas.

La investigación se ha dirigido desde el Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS), conformado por la Universidad de Sevilla, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y las Consejerías de Salud y de Economía e Innovación de la Junta de Andalucía. Además, se ha realizado en colaboración con el Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva de la Universidad de Valencia. Los investigadores son además miembros del Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (Ciberned).

Referencia bibliográfica:

Artículo_completo_Cell_enero2014.pdf

Consiguen transformar células madre humanas en células de pulmón funcionales

Fuente: http://www.tendencias21.net/Consiguen-transformar-celulas-madre-humanas-en-celulas-de-pulmon-funcionales_a27949.html

Un equipo de científicos estadounidenses ha conseguido por primera vez transformar células madre humanas en células funcionales de pulmón y de vías respiratorias. El avance podría ayudar a estudiar enfermedades graves, como la fibrosis pulmonar idiopática; y supone un importante paso hacia los trasplantes realizados con células madre del propio paciente, y que evitarían los rechazos.

Un equipo de científicos del Centro Médico de la Universidad de Columbia (CUMC), en EEUU, ha conseguido por primera vez transformar células madre humanas en células funcionales de pulmón y de vías respiratorias. 

El avance, detallado en la revista Nature Biotechnology, podría tener gran importancia para diversos fines, como el modelado de enfermedades pulmonares, la detección de fármacos, el estudio del desarrollo del pulmón humano, y, en última instancia, para la generación de tejido pulmonar destinado a trasplantes, informa el CUMC en un comunicado. 

"Los investigadores han tenido relativo éxito en la transformación de células madre humanas en células del corazón, células pancreáticas, intestinales, del hígado o células nerviosas, abriendo así todo tipo de posibilidades para la medicina regenerativa", explica el director del estudio, Hans-Willem Snoeck, profesor de medicina (en microbiología e inmunología) de la Columbia Stem Cell Initiative. 

"Ahora, hemos podido finalmente desarrollar células pulmonares y de las vías respiratorias. Esto es importante, porque los trasplantes de pulmón tienen un pronóstico particularmente pobre. Aunque para cualquier aplicación clínica todavía faltarían muchos años, podemos empezar ya a pensar en hacer trasplantes autólogos de pulmón, es decir, trasplantes que utilizan las propias células de la piel de un paciente para generar tejido pulmonar funcional", asegura el investigador.

El presente estudio se basó en un descubrimiento realizado en 2011 por Snoeck de un conjunto de factores químicos que pueden convertir células madre embrionarias o células madre pluripotentes inducidas (iPS)‎ humanas en endodermo visceral anterior del intestino anterior, precursoras de las células del pulmón y las vías respiratorias. 

Las células iPS humanas se parecen mucho a las células madre embrionarias humanas, pero se generan a partir de células de la piel, a las que se hace retroceder en su proceso de desarrollo. Las células iPS humanas pueden ser estimuladas para diferenciarse en células especializadas de diversos tipos, por lo que sirven como alternativa a las células madre embrionarias humanas. 

En la investigación actual, Snoeck y sus colaboradores descubrieron nuevos factores que pueden completar la transformación de las células madre humanas o de las iPS en células epiteliales del pulmón (células que cubren la superficie del pulmón) funcionales. 

Se constató que las células resultantes expresaban marcadores de al menos seis tipos de células pulmonares y de células epiteliales de las vías respiratorias, particularmente marcadores de las células epiteliales alveolares de tipo 2, que son importantes porque producen surfactante‎, una sustancia fundamental para mantener los alvéolos pulmonares en los que se lleva a cabo el intercambio. Estas células también participan en la reparación del pulmón después de lesiones y daños. 

Potenciales aplicaciones 

Estos resultados tendrían implicaciones para el estudio de una serie de enfermedades pulmonares, como la fibrosis pulmonar idiopática (IPF)‎, en las que se cree que las células epiteliales alveolares de tipo 2 juegan un papel central. 

"Nadie sabe qué causa esta enfermedad, y no hay manera de tratarla," explica Snoeck. "Gracias a esta tecnología, los investigadores serán capaces por fin de crear modelos de laboratorio de la IPF, estudiar la enfermedad a nivel molecular, y hallar dianas para posibles tratamientos o curas". 

"A largo plazo, esperamos utilizar esta tecnología para hacer un injerto autólogo de pulmón", afirma el científico. "Esto implicaría poder eliminar del pulmón de un donante todas las células, dejando sólo la estructura y sembrar en ella nuevas células de pulmón, derivadas del propio paciente. De esta manera, los problemas de rechazo podrían evitarse".

Referencias bibliográficas: 

Sarah X L Huang, Mohammad Naimul Islam, John O'Neill, Zheng Hu, Yong-Guang Yang, + et al. Efficient generation of lung and airway epithelial cells from human pluripotentstem cells. Nature Biotechnology (2013). DOI:10.1038/nbt.2754. 

Michael D Green, Antonia Chen, Maria-Cristina Nostro, Sunita L d'Souza, Christoph Schaniel, Ihor R Lemischka, Valerie Gouon-Evans, Gordon Keller y Hans-Willem Snoeck. Generation of anterior foregut endoderm from human embryonic and induced pluripotent stem cells. Nature Biotechnology (2011). DOI:10.1038/nbt.1788.

Convierten células madre humanas en células pulmonares funcionales

Fuente: http://www.europapress.es/salud/noticia-convierten-celulas-madre-humanas-celulas-pulmonares-funcionales-20131201192839.html

Investigadores del Centro Médico de la Universidad de Columbia (CUMC, en sus siglas en inglés), en Nueva York, Estados Unidos, han logrado transformar células madre humanas en células de pulmón y vías respiratorias funcionales. El avance, publicado en 'Nature Biotechnology', tiene potencial significativo para la enfermedad pulmonar, la detección de fármacos, estudiar el desarrollo del pulmón humano y, en última instancia, generar tejido pulmonar para trasplante.

Según el líder del estudio, Hans-Willem Snoeck, profesor de Microbiología e Inmunología y afiliado con el Centro de Columbia para la Inmunología Traslacional y la Inciativa de Células Madre en Columbia, destacó el "relativo éxito" en la transformación de las células madre humanas en células del corazón, células beta del páncreas, intestinales, del hígado y nerviosas, abriendo todo tipo de posibilidades para la medicina regenerativa.

"Ahora, somos finalmente capaces de hacer células pulmonares y de las vías respiratorias", afirmó, algo que considera "importante" porque los trasplantes de pulmón tienen un pronóstico particularmente malo. Aunque todavía faltan muchos años para cualquier aplicación clínica de este logro, entiende que se puede empezar a pensar en hacer trasplantes pulmonares autólogos, es decir, trasplantes que usan las propias células de la piel de un paciente para generar tejido pulmonar funcional.

La investigación se basa en el descubrimiento del doctor Snoeck en 2011 de un conjunto de factores químicos que pueden convertir células embrionarias (ES) o células madre pluripotentes inducidas (iPS) humanas en células del endodermo del intestino anterior, precursor de las células del pulmón y las vías respiratorias.

Las células iPS humanas se parecen mucho a las células madre embrionarias humanas pero se generan a partir de células de la piel, persuadiéndolas para ralentizar su desarrollo. Las células iPS humanas pueden ser estimuladas para diferenciarse en células especializadas, ofreciendo a los investigadores una alternativa a las células madre embrionarias humanas.

En el estudio actual, Snoeck y sus colegas encontraron nuevos factores que pueden completar la transformación de ES humanas o células iPS en células epiteliales de pulmón funcionales (células que cubren la superficie del pulmón). El equipo vio que las células resultantes expresan marcadores de al menos seis tipos de células epiteliales de pulmón y de las vías respiratorias, en particular los marcadores de las células epiteliales alveolares de tipo 2.

Las células de tipo 2 son importantes porque producen surfactante, una sustancia fundamental para mantener los alveolos pulmonares, donde se produce el intercambio gaseoso, y que también participan en la reparación del pulmón después de lesiones y daños.

Los resultados tienen implicaciones para el estudio de diversas enfermedades pulmonares, como la fibrosis pulmonar idiopática, en las que se piensa que las células tipo 2 del epitelio alveolar juegan un papel central. "Nadie sabe qué causa la enfermedad y no hay manera de tratarla. Gracias a esta tecnología los investigadores serán capaces de crear modelos de laboratorio de fibrosis pulmonar idiopática para estudiar la patología a nivel molecular y hallar dianas para posibles tratamientos o curas", resalta Snoeck.

Este experto adelanta que, a largo plazo, se podría utilizar esta tecnología para hacer un injerto autólogo de pulmón. "Esto implicaría tener un pulmón de un donante del que eliminar todas las células del pulmón y dejar sólo su andamio y sembrar el andamio con nuevas células de pulmón derivadas del paciente, pudiendo evitarse así problemas de rechazo", desgranó Snoeck, que está investigando este enfoque en colaboración con científicos del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Columbia.

"Estoy muy emocionado con esta colaboración con Hans Snoeck para integrar la ciencia de células madre con la bioingeniería en la búsqueda de nuevos tratamientos para la enfermedad de pulmón", destacó Gordana Vunjak-Novakovic, coautora del artículo y profesora de la Fundación Mikati de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería de Columbia y docente de Ciencias Médicas en el Colegio de Médicos y Cirujanos del mismo centro universitario.

Human stem cells converted to functional lung cells

Fuente: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-12/cumc-hsc112713.php

For the first time, scientists have succeeded in transforming human stem cells into functional lung and airway cells. The advance, reported by Columbia University Medical Center (CUMC) researchers, has significant potential for modeling lung disease, screening drugs, studying human lung development, and, ultimately, generating lung tissue for transplantation. The study was published in the journal Nature Biotechnology.

"Researchers have had relative success in turning human stem cells into heart cells, pancreatic beta cells, intestinal cells, liver cells, and nerve cells, raising all sorts of possibilities for regenerative medicine," said study leader Hans-Willem Snoeck, MD, PhD, professor of medicine (in microbiology & immunology) and affiliated with the Columbia Center for Translational Immunology and the Columbia Stem Cell Initiative. "Now, we are finally able to make lung and airway cells. This is important because lung transplants have a particularly poor prognosis. Although any clinical application is still many years away, we can begin thinking about making autologous lung transplants—that is, transplants that use a patient's own skin cells to generate functional lung tissue."

The research builds on Dr. Snoeck's 2011 discovery of a set of chemical factors that can turn human embryonic stem (ES) cells or human induced pluripotent stem (iPS) cells into anterior foregut endoderm—precursors of lung and airway cells. (Human iPS cells closely resemble human ES cells but are generated from skin cells, by coaxing them into taking a developmental step backwards. Human iPS cells can then be stimulated to differentiate into specialized cells—offering researchers an alternative to human ES cells.)

In the current study, Dr. Snoeck and his colleagues found new factors that can complete the transformation of human ES or iPS cells into functional lung epithelial cells (cells that cover the lung surface). The resultant cells were found to express markers of at least six types of lung and airway epithelial cells, particularly markers of type 2 alveolar epithelial cells. Type 2 cells are important because they produce surfactant, a substance critical to maintain the lung alveoli, where gas exchange takes place; they also participate in repair of the lung after injury and damage.

The findings have implications for the study of a number of lung diseases, including idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), in which type 2 alveolar epithelial cells are thought to play a central role. "No one knows what causes the disease, and there's no way to treat it," says Dr. Snoeck. "Using this technology, researchers will finally be able to create laboratory models of IPF, study the disease at the molecular level, and screen drugs for possible treatments or cures."

"In the longer term, we hope to use this technology to make an autologous lung graft," Dr. Snoeck said. "This would entail taking a lung from a donor; removing all the lung cells, leaving only the lung scaffold; and seeding the scaffold with new lung cells derived from the patient. In this way, rejection problems could be avoided." Dr. Snoeck is investigating this approach in collaboration with researchers in the Columbia University Department of Biomedical Engineering.

"I am excited about this collaboration with Hans Snoeck, integrating stem cell science with bioengineering in the search for new treatments for lung disease," said Gordana Vunjak-Novakovic, co-author of the paper and Mikati Foundation Professor of Biomedical Engineering at Columbia's Engineering School and professor of medical sciences at Columbia University College of Physicians and Surgeons.

Diagram of Human Stem Cells Being Converted into Functional Lung Cells

Caption: Human skin cells can now be reprogrammed into induced pluripotent stem cells, which are similar to human embryonic stem cells, and then into functional lung and airway cells. Such cells have potential for use in disease modeling, drug screening, the study of lung development, and the generation of lung tissue for transplantation.

Credit: Hans-Willem Snoeck, M.D., Ph.D., Columbia University Medical Center

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The paper is titled, "Highly efficient generation of airway and lung epithelial cells from human pluripotent stem cells."

The other contributors are Sarah X.L. Huang, Mohammad Naimul Islam, John O'Neill, Zheng Hu, Yong-Guang Yang, Ya-Wen Chen, Melanie Mumau, Michael D. Green, and Jahar Bhattacharya (all at CUMC).

Columbia University has filed for a patent relating to the generation of lung and airway epithelium from human pluripotent stem cells and uses thereof. The authors declare no other financial or other conflicts of interests.

The study was supported by startup funds from CUMC and the New York Stem Cell Foundation.

Columbia University Medical Center provides international leadership in basic, preclinical, and clinical research; medical and health sciences education; and patient care. The medical center trains future leaders and includes the dedicated work of many physicians, scientists, public health professionals, dentists, and nurses at the College of Physicians and Surgeons, the Mailman School of Public Health, the College of Dental Medicine, the School of Nursing, the biomedical departments of the Graduate School of Arts and Sciences, and allied research centers and institutions. Columbia University Medical Center is home to the largest medical research enterprise in New York City and State and one of the largest faculty medical practices in the Northeast. For more information, visit cumc.columbia.edu or columbiadoctors.org.