Se necesitan agallas para hacer un corazón
Los científicos de Gladstone descubrieron cómo diseñar un nuevo tipo de organoide tridimensional, un grupo de células similar a un órgano en el que los tejidos intestinales y cardíacos crecen juntos. Aquí se muestra la primera autora del estudio, Ana Silva, becaria postdoctoral en el Laboratorio McDevitt. Crédito: Michael Short/Gladstone Institutes
En las etapas más tempranas de una nueva vida humana, las células que parecen idénticas comienzan a dividirse en distintos tipos que eventualmente se convierten en una diversa gama de tejidos y órganos. Durante este proceso, los tejidos vecinos intercambian señales químicas que provocan diferentes pasos en el desarrollo de cada uno. Pero esta diafonía es compleja y dinámica, y por lo tanto difícil de estudiar.
Ahora, los científicos de los Institutos Gladstone han descubierto cómo hacer crecer un nuevo tipo de grupo de células organoide tridimensional similar a un órgano que imita cómo los tejidos intestinales y cardíacos surgen de manera cooperativa a partir de células madre.
Este primero Un organoide de este tipo podría servir como una nueva herramienta para la investigación de laboratorio sobre la señalización entre tejidos que es esencial para el desarrollo humano saludable.
«Nuestra investigación destaca nuevas dimensiones prometedoras para las tecnologías de organoides que podrían mejorar nuestra comprensión de cómo los órganos y tejidos en desarrollo cooperan y se instruyen entre sí», dice el investigador principal de Gladstone, Todd McDevitt, Ph.D., autor principal de un nuevo estudio publicado en la revista Cell Stem Cell.
Una nueva casualidad Organoide
El laboratorio de McDevitt ha estado liderando esfuerzos en la ingeniería de nuevas formas de cultivar organoides, que son estructuras multicelulares en miniatura que reproducen, en la placa, las características y funciones del corazón, el cerebro, los pulmones y otros órganos.
Su equipo crea es organoides de corazón a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos. Engatusan a estas células para que se conviertan en células del corazón cultivándolas en varios cócteles de nutrientes y otras sustancias naturales. Si bien un cóctel convencional produce principalmente células del músculo cardíaco, los científicos probaron un cóctel diferente que podría permitir la formación de una mayor variedad de células cardíacas.
Originalmente, no se propusieron crear un nuevo tipo de organoide. Sin embargo, para su sorpresa, encontraron que en varios casos, el nuevo cóctel condujo a organoides que contenían no solo corazón, sino también células intestinales.
«Estábamos intrigados porque los organoides normalmente se desarrollan en un solo tipo de tejido, por ejemplo, solo tejido cardíaco», dice Ana Silva, Ph.D., becaria postdoctoral en McDevitt Lab y primera autora del nuevo estudio. «Aquí, teníamos tejidos tanto del corazón como del intestino creciendo juntos de manera controlada, como lo harían en un embrión normal».
Estos organoides ofrecen una nueva forma prometedora de examinar la diafonía entre los tejidos en desarrollo, que hasta ahora se ha basado en cultivar organoides de un solo tejido por separado y luego intentar combinarlos.
Imagen de microscopía del nuevo tipo de organoide creado por Todd McDevitt, Ana Silva y sus colegas en el que el tejido del corazón (rojo, púrpura, y masas anaranjadas) y el tejido intestinal (masas azules y verdes) están creciendo juntos. Crédito: Capturado por Ana Silva.
Pintando una imagen completa del nuevo organoide
Los investigadores encontraron que, en comparación con los organoides cardíacos convencionales, los nuevos organoides dieron como resultado estructuras cardíacas mucho más complejas y maduras, incluidas algunas que se asemejan a vasos sanguíneos más maduros. Los tipos y proporciones de células cardíacas en los nuevos organoides y sus propiedades eléctricas eran muy similares a las de los corazones fetales reales. Por el contrario, las células de los organoides convencionales, que no contienen tejido intestinal, permanecen atrapadas en una etapa mucho más temprana de su transformación en células del corazón.
«Una vez que quedó claro que la presencia del tejido intestinal contribuía a la madurez del tejido del corazón, nos dimos cuenta de que habíamos llegado a algo nuevo y especial», dice McDevitt, quien también es profesor de bioingeniería y ciencias terapéuticas en UC San Francisco.
Los científicos también demostraron que el intestino El tejido en los nuevos organoides maduró en una variedad de estructuras reconocibles y tipos de células, particularmente del intestino delgado. Además, las células del intestino y del corazón en los nuevos organoides liberaron sustancias químicas que se sabe que están involucradas en la señalización entre los dos tejidos durante el desarrollo del corazón.
«Es un modelo hermoso y dinámico del desarrollo del corazón», dice Silva. «Nuestros hallazgos sugieren una forma de llevar a cabo esta investigación en un contexto más realista, donde tanto los tejidos intestinales como los del corazón se desarrollen juntos a partir de los mismos materiales de partida».
Un sistema robusto para la investigación
Los investigadores han podido mantener vivos los nuevos organoides en un plato durante más de 1 año, que es mucho tiempo para cualquier cosa que crezca en el laboratorio, especialmente un gran agregado de células en 3D. Esta durabilidad sugiere que se podrían cultivar organoides similares para servir como sistemas robustos para investigaciones de laboratorio prolongadas. Y aunque es probable que los organoides no puedan capturar perfectamente cada parte del desarrollo real del corazón y los intestinos, podrían ayudar a profundizar la comprensión de este proceso cooperativo.
Además de arrojar nueva luz sobre el desarrollo humano saludable, los organoides podrían ayudar aclarar cómo ese proceso puede salir mal. Por ejemplo, podrían resultar valiosos para la investigación de trastornos congénitos que se sabe que afectan el desarrollo tanto del corazón como del intestino, como las arritmias auriculares e intestinales crónicas.
Se necesitarán más investigaciones para refinar los métodos para cultivar estos organoides. confiablemente, para que puedan ser utilizados en todo su potencial. Y en el futuro, los investigadores podrían teóricamente desarrollar otros organoides similares que involucren diferentes pares de tejidos, como el corazón y el pulmón, o el pulmón y el riñón.
«La comunicación entre los tejidos en desarrollo quizás aún no sea tan apreciada como debería serlo», dice McDevitt. «Ahora podemos explorar potencialmente este proceso fundamental de una manera que nunca antes habíamos imaginado».
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Organoides producen corazón embrionario Más información: Ana C. Silva et al, Co-emergencia de tejidos cardíacos e intestinales promueve la maduración de cardiomiocitos dentro de organoides derivados de iPSC humanos, Cell Stem Célula (2021). DOI: 10.1016/j.stem.2021.11.007 Información de la revista: Cell Stem Cell
Proporcionado por Gladstone Institutes Cita: Se necesitan agallas para hacer un corazón (2021 , 2 de diciembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-12-guts-heart.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.