La brecha entre la investigación con células madre y la medicina regenerativa acaba de convertirse en mucho más pequeña, gracias a una nueva técnica que induce a las células madre, con el potencial de convertirse en cualquier tipo de tejido, a dar el primer paso para esa especialización. Es la primera vez que este paso crítico se ha demostrado en un laboratorio.
Investigadores de la Universidad de Illinois en colaboración con científicos de la Universidad de Notre Dame y la Universidad Huazhong de Ciencia y Tecnología de China, publicaron sus resultados en la revista Nature Communications .
«Todo el mundo sabe que para que un embrión se forme, de alguna manera una sola célula tiene una forma de auto-organizarse en varias celdas, pero no comprendemos muy bien cómo funciona en un microambiente en vivo», dijo el líder del estudio Ning Wang, profesor de ciencia mecánica e ingeniería en la Universidad de Illinois «Queremos saber cómo se desarrollan las estructuras y órganos organizadas. Esto no sucede por casualidad. Hay reglas biológicas que aún no entendemos.»
Durante el desarrollo fetal, todos los tejidos y órganos especializados de la forma del cuerpo salen de una pequeña bola de células madre. En primer lugar, la bola de células generalizadas se separa en tres líneas celulares diferentes, llamadas capas germinales, que se convertirán en diferentes sistemas del cuerpo. Este primer paso crucial ha eludido a los investigadores en el laboratorio. Nadie ha sido capaz de inducir a las células para formar las tres capas germinales distintas, en el orden correcto -en el endodermo interior, mesodermo medio y ectodermo exterior. Esto representa un obstáculo importante en la aplicación de células madre para la medicina regenerativa, ya que los investigadores necesitan entender cómo se desarrollan los tejidos antes de que puedan recrear de forma fiable el proceso.
«Es muy difícil generar tejidos u órganos, y la razón es que no sabemos cómo se forman in vivo», dijo Wang. «El problema, en lo fundamental, es que el proceso biológico no está claro. ¿Cuál es el ambiente biológico que controla esto, puede llegar a ser más organizado y especializado?»
El equipo de Wang demostró que no sólo es posible que células madre embrionarias de ratones formaran tres capas germinales diferenciadas en el laboratorio, sino también que el logro de la separación requiere una cuidadosa combinación de tiempo correcto, factores químicos y medio ambiente mecánico. El equipo utiliza líneas de células que fluorescen en diferentes colores cuando se convierten en parte de una capa germinal, lo que permite a los investigadores controlar el proceso de forma dinámica.
Los investigadores depositan las células madre en una matriz de gel muy suave, tratando de recrear las propiedades naturales. Descubrieron que varias fuerzas mecánicas juegan un papel importante en cómo las células son organizadas y diferenciadas – la rigidez del gel, las fuerzas que cada célula ejerce sobre sus vecinas, y la matriz de proteínas que las propias células depositan como un andamiaje para dar el embrión en desarrollo una estructura.
Ajustando el entorno mecánico, los investigadores fueron capaces de observar cómo las fuerzas afectan a las células en desarrollo, y encontraron la combinación particular que produce las tres capas germinales. También descubrieron que podían dirigir el desarrollo de la capa al cambiar la mecánica, incluso la creación de un ambiente hizo que las capas se formaran en orden inverso.
Ahora, el grupo de Wang está trabajando en mejorar su técnica para una mayor eficiencia. Él equipo espera que otros investigadores puedan utilizar la técnica para reducir la brecha entre las células madre y la ingeniería de tejidos.
«Es la primera vez que hemos tenido la organización de tres capas germinal capa de modo correcto en células de mamíferos. El potencial es enorme. Ahora podemos ir aún más lejos y generar órganos y tejidos específicos. Esto abre la puerta para la medicina regenerativa», concluye Wang.
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