Investigadores cultivan piel vellosa a partir de células madre humanas
Los investigadores han desarrollado un pequeño modelo de piel humana en el que crece el cabello en el laboratorio que podría usarse para comprender y tratar mejor los trastornos del cabello y la piel. Crédito: Karl R. Koehler y Jiyoon Lee, Boston Children’s Hospital/Harvard Medical School.
Durante más de 40 años, científicos y empresas comerciales han recreado la piel humana en laboratorios de todo el mundo. Sin embargo, todos estos productos carecen de aspectos importantes de la piel, el cabello, los nervios y la grasa normales.
En una nueva investigación, las células de piel humana cultivadas incrustadas con grasa y nervios y capaces de hacer crecer el cabello son una realidad. El logro representa más de cinco años de estudio que comenzó en el laboratorio de Karl Koehler, Ph.D. (entonces en la Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana) y se completó en el nuevo laboratorio de Koehler en el Boston Children’s Hospital en los departamentos de investigación de otorrinolaringología y mejora de la comunicación y cirugía plástica y oral. La técnica aparece en un artículo publicado esta semana en Nature.
«En este último trabajo, descubrimos una manera de hacer crecer juntas ambas capas de piel humana», dice Koehler, refiriéndose a las capas superior e inferior de piel humana (la epidermis y la dermis, respectivamente). «Esas células hablan entre sí en un cultivo de organoide de piel o piel en un plato que creamos y brotan folículos pilosos acompañados de células grasas y neuronas».
Llevando el descubrimiento un paso más allá, el equipo trasplantó la piel pilosa humana en ratones. Los ratones finalmente desarrollaron folículos pilosos humanos en el sitio del trasplante. Las aplicaciones potenciales incluyen probar cosméticos, medicamentos y tratamientos para quemaduras.
La piel en un plato incluye mini órganos
Los modelos de piel en un plato no son nuevos. Y como muchos, Koehler y sus colegas pensaron que el desafío de cultivar células de piel peluda completamente funcionales se había resuelto hace mucho tiempo. Las células de la piel son algunas de las primeras células que se han cultivado en cultivos fuera del cuerpo y la incubadora.
Pero la piel que las personas hacen en un plato nunca tiene mini órganos o apéndices, como folículos pilosos o glándulas sudoríparas. , incrustado en la piel. Estos miniórganos son importantes para la regulación del calor, la sensación táctil y la apariencia.
En 2018, el equipo publicó un artículo que mostraba que podían generar piel peluda a partir de células madre de ratón. Para crear células de piel peluda humana, el equipo comenzó con células madre pluripotentes inducidas por humanos, que son células de piel humana adulta que se vuelven a convertir en una forma embrionaria.
Los investigadores han desarrollado un pequeño modelo de piel humana en el que crece el cabello en el laboratorio que podría usarse para comprender mejor los trastornos del cabello y la piel. Crédito: Karl R. Koehler y Jiyoon Lee, Boston Children’s Hospital/Harvard Medical School.
«Así que aplicamos un cóctel de factores de crecimiento y moléculas pequeñas, una especie de receta de cocina para las células madre pluripotentes humanas», dice Koehler.
El equipo notó por primera vez el desarrollo conjunto de la epidermis de la piel y la dermis. La interacción y la señalización entre las dos capas de tejido condujo a la brotación de los folículos pilosos a los 70 días, lo que se alinea bien con el momento del desarrollo del cabello en el feto humano.
Además de hacer crecer el cabello, los organoides producen células grasas y musculares de la piel, así como nervios similares a los que median la sensación táctil. «La grasa es un héroe anónimo de la piel y estudios recientes sugieren que desempeña un papel fundamental en la cicatrización de heridas», dice Jiyoon Lee, Ph.D., primer autor del artículo e investigador asociado en el departamento de otorrinolaringología del Boston Children’s. Hospital.
Los organoides también producen células de Merkel, células de la piel especializadas que responden al tacto y que también se han implicado en enfermedades como el carcinoma de células de Merkel. «La inclusión de estos otros tipos de células probablemente amplíe los usos potenciales del modelo organoide de la piel para investigar los trastornos sensoriales y el cáncer», agrega.
A los ratones les crecieron cabellos humanos pigmentados
Para Para ver si la técnica funcionaba en un animal vivo, el equipo cultivó los organoides durante más de cuatro meses y luego los implantó en la espalda de ratones especialmente desarrollados para no rechazar los injertos. «Nos dimos cuenta de que en un mes, brotaron pequeños cabellos marrones del sitio del trasplante», explica Lee. «Esto nos mostró, sorprendentemente, que las células pigmentarias también se desarrollaron en los organoides».
Compararon la piel trasplantada con muestras de piel humana adulta y observaron varias características únicas de la piel humana en los trasplantes. Uno incluye ‘crestas de red’ o valles en el patrón ondulado de la epidermis humana que ayuda a anclarla en las membranas de la piel. Y, el cabello trasplantado desarrolló elaboradas glándulas sebáceas que produjeron sebo, el aceite natural que lubrica la piel humana.
Una célula de piel humana cultivada con folículos pilosos en desarrollo (protuberancias en ciernes) y nervios incrustados (en rojo). Crédito: Jiyoon Lee, Boston Children’s Hospital
Un descubrimiento inesperado y fortuito
Este nuevo descubrimiento es literalmente una consecuencia del trabajo que Koehler comenzó en la Universidad de Indiana cuando trabajaba en un sistema de recapitulación del oído interno. Su objetivo en ese momento era crear células que detectaran estímulos auditivos para modelar trastornos de pérdida auditiva y probar terapias genéticas para la pérdida auditiva y los trastornos del equilibrio.
Allí, manipuló células madre pluripotentes inducidas por humanos con el mismo cóctel de productos químicos. y proteínas utilizadas durante el desarrollo embrionario normal, guiándolas para que se conviertan en estructuras del oído interno.
En la producción de esta técnica, a medida que las células del oído interno brotaban durante el desarrollo temprano, el equipo descubrió que el tejido de la piel se formaba como un subproducto .
«Esto fue sorprendente e inicialmente intentamos deshacernos del tejido de la piel, pensando que era un molesto tejido fuera del objetivo, como una mala hierba en un jardín», recuerda Koehler. «Una vez que vimos el valor científico de hacer crecer la piel peluda en la placa, cambiamos de táctica, tratando de eliminar los organoides del oído interno a favor de hacer crecer la piel».
En sus intentos de purificación, descubrieron que el tejido de la piel contenía ambas capas de piel, epidermis y dermis. En la cultura, la piel se formó superando los folículos pilosos.
Una prueba de concepto
Traducir cualquier estudio con ratones a humanos es un largo camino. «Pero creemos que hemos desarrollado una prueba de concepto que muestra que las células se integran en la piel y forman folículos pilosos que crecen más», dice Koehler.
El equipo espera que, a largo plazo, puedan usar la tecnología para sembrar lechos de heridas con piel cultivada para reconstruir la piel, como en el caso de quemaduras extensas o cicatrices.
Y aunque podría ser tentador pensar en el enfoque como una «cura» para la calvicie, Koehler advierte que muchos desafíos estaban por delante. «Ahora tenemos una técnica que podría generar folículos pilosos casi ilimitados para el trasplante», dice. «Pero el rechazo inmunológico es un obstáculo importante y generar folículos adaptados a un individuo será increíblemente costoso y llevará un año o más». Para enfrentar estos desafíos, el equipo está trabajando en formas de acelerar el desarrollo en un plato, diseñar organoides para evadir la detección inmune o producir organoides de piel similares a partir de células derivadas de pacientes adultos.
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Piel peluda cultivada a partir de células madre de ratón Más información: Jiyoon Lee et al, Piel humana con pelo generada completamente a partir de células madre pluripotentes, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2352-3 , www.nature.com/articles/s41586-020-2352-3 Información de la revista: Nature
Proporcionada por Children’s Hospital Boston Cita: Los investigadores cultivan piel peluda a partir de células madre humanas (4 de junio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2020-06-hairy-lab-grown-human-skin-cell .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.