Nuevas Claves en la Bioquimica de Celulas Madre

Publicado en 'Ciencias' por Cellatomico, 19 Oct 2010.





  1. Cellatomico

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    BIOQUIMICA APLICADA / BIOQUIMICA TERAPEUTICA

    NUEVAS CLAVES EN LA BIOQUIMICA DE LAS CELULAS MADRE

    El equipo de investigación del Scripps Research Institute de California (EE UU) acaba de brindar una nueva comprensión de las células madre con un estudio bioquímico que hoy publica la revista Nature Chemical Biology y cuyo primer autor es el español Óscar Yanes. Los descubrimientos servirán para mejorar la capacidad de los científicos de manipular las células y abrir el camino a nuevas terapias de curación.


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    Las células madre (las “pelotitas” de colores de la izquierda del gráfico) se caracterizan por tener muchos metabolitos con estructuras químicamente insaturadas. Mediante procesos oxidativos (el O2 del gráfico se refiere a oxigeno), estas estructuras insaturadas se transforman en otros metabolitos que promueven o facilitan el proceso de diferenciación hacia células adultas maduras (derecha del gráfico).

    El equipo del Scripps Research Institute (La Jolla, California) dirigido por Sheng Ding, profesor asociado al centro, y Gary Siuzdak, director principal del Scripps Research Center for Mass Spectrometry, ha comparado por primera vez el metaboloma de las células madre con el de las células adultas diferenciadas para comprender mejor el funcionamiento de las células madre, que tienen la capacidad de transformarse o “diferenciarse” en tipos de células adultas como las del pelo, la piel o los nervios.

    El metaboloma es todo el conjunto de sustancias (“metabolitos”) que se forman en el metabolismo celular, y que incluyen todas las moléculas pequeñas naturales presentes en los fluidos biológicos y los tejidos.

    La investigación, que hoy publica en su edición online la revista Nature Chemical Biology, tiene grandes implicaciones para la ciencia. “El estudio revela una estrategia celular pasmosa”, señala a SINC Óscar Yanes, primer autor del trabajo e investigador REDIEX en el centro estadounidense.

    Desde una perspectiva tecnológica, “supone un avance importante dentro del campo de la metabolómica” (estudio de los metabolitos endógenos que componen las rutas metabólicas de la célula). Su equipo ha combinado por primera vez el análisis por espectrometría de masas con herramientas bioinformáticas para cuantificar e identificar los metabolitos.

    Desde el punto de vista bioquimico, la comunidad científica busca desde hace años moléculas pequeñas que modulen la diferenciación de las células madre, pero hasta el momento todo el esfuerzo se había dirigido hacia compuestos orgánicos de origen sintético (en genes y proteínas).

    El nuevo estudio demuestra desde una óptica bioquímica que ciertos metabolitos endógenos presentes en nuestros tejidos pueden facilitar y promover la diferenciación de las células madre.

    Los científicos hallaron unos 60 metabolitos relacionados con la transformación de las células madre en células maduras. También encontraron un patrón químico inesperado que permite afirmar que las células madre tienen metabolitos “químicamente flexibles”.

    ¿Hacia la regeneración natural?
    Aunque en opinión de Yanes, el aspecto más novedoso del estudio “está relacionado con las propiedades regenerativas y de curación de estas células”. Según el estudio, el equilibrio entre el estado pluripotencial de las células madre y la diferenciación en células adultas maduras (como neuronas o células cardiacas) está determinado por la respuesta a procesos oxidativos, como la respuesta inflamatoria.

    “Demostramos que mediadores inflamatorios (metabolitos) con propiedades pro- o anti-inflamatorias tienen efectos opuestos sobre la proliferación y diferenciación de células madre”, explica Yanes, para quien estos resultados “abren la puerta a que si somos capaces de modular la respuesta inflamatoria de nuestros tejidos en la dirección correcta, es muy posible que facilitemos la curación y regeneración mediante las células madre presentes de manera natural en nuestro organismo”.
    Llegar a entender cómo maduran las células madre permitirá a científicos y médicos manipular el proceso según las necesidades de los pacientes y quizás remediar dolencias hasta ahora intratables como la enfermedad de Parkinson o las lesiones de la médula espinal.

    Aunque “las implicaciones para la vida diaria están aún lejos”, otra observación sorprendente del estudio es que las células madre contienen grandes cantidades de ácidos grasos omega-3 y omega-6, y que la transformación metabólica de dichos compuestos es necesaria para promover la diferenciación de las células madre.

    Por lo tanto, “uno puede pensar si los efectos beneficiosos de los alimentos ricos en ácidos grasos insaturados como el aceite de pescado, pueden ser debidos a su capacidad para promover o facilitar procesos regenerativos de las células madre presentes en nuestros tejidos”,

    La diferencia de las ‘células diferenciadas’
    Las células madre embrionarias tienen unas propiedades únicas. Se las llama ‘pluripotenciales’ por su plasticidad, es decir, por la capacidad que tienen de madurar y generar cualquier tipo celular. Las células adultas diferenciadas (como las neuronas o las células cardiacas), en cambio, han perdido esa característica de forma irreversible.

    A pesar de tener propiedades “tan diferentes”, las células madre y las células adultas diferenciadas tienen la misma secuencia de genes. “Nos pareció que era un modelo muy bonito para comparar metabolismos tan dispares e identificar las características metabólicas que conferían esa plasticidad a las células madre”,

     
    Última edición: 19 Oct 2010


  2. Cellatomico

    Cellatomico Suspendido

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    Bioquímica para el desarrollo de las células madre

    Las células madre son aquellas que tienen la capacidad de diferenciarse en cualquier tejido, pero no todas tienen esa capacidad. Las más capaces son las células madre embrionarias (ES cells) las cuales son totipontentes ya que pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula. A medida que el organismo se va desarrollando, la capacidad de sus células madre de diferenciarse en lo que sea se va perdiendo, es así que pasan a ser sólo pluripotentes y solo se diferencian en ciertos tipos celulares.


    ¿Por qué no usar las células madre embrionarias con fines terapéuticos? La respuesta esta en la parte ética. Se debe extraer el blastocisto (estado embrionario donde encontramos almacenadas las células madre), esto significa matar al embrión, o sea, acabar con una vida humana. Las investigaciones en las células madre embrionarias han podido ser desarrolladas gracias a la donación de embriones por parte de parejas que se han sometido a algún tipo de fertilización asistida. Debido a estos problemas, muchos investigadores se están enfocando al desarrollo de las células madre pluripotentes inducidas (iPS cells), que son células madre obtenidas a partir de células ya diferenciadas mediante reprogramación celular.


    Sea cual sea su procedencia, lo más difícil en el uso de células madre con fines terapéuticos es conseguir su renovación y diferenciación in vitro para ser transferidos a un tejido vivo. Gracias a la identificación de una serie de factores de transcripción y moléculas señalizadoras se ha podido conseguir diferentes líneas celulares a partir de células madre en cultivos in vitro. Pero, cuando las iPS son cultivadas in vitro y luego trasplantadas en un organismo vivo, pierden su gran capacidad de regenerar el tejido para el cual fueron programados. En otras palabras, obtener células madre con capacidad de regenerar un tejido in vitro no garantiza que lo hará in vivo, a pesar de proporcionarle todas las moléculas señalizadoras requeridas.


    Fue así que el Dr. Penney Gilbert y sus colaboradores del Laboratorio Baxter investigaron si las propiedades físicoquimicas del entorno también juegan un papel importante en el desarrollo de las células madre y la regeneración de tejidos. Hace un año publicamos un artículo que demostraba que la fuerza de cizalla (un estímulo mecánico) podría activar ciertas rutas metabólicas, en este caso, Gilbert et al. demostraron que la elasticidad del medio de cultivo ejercía un importante efecto sobre la regeneración de los tejidos a partir de células madre.


    Los investigadores usaron células madre musculares (MuSCs) para determinar el efecto de la rigidez del medio en su capacidad de regeneración del tejido muscular. Para esto desarrollaron medios de cultivos con diferentes grados de elasticidad y rigidez usando diferentes porcentajes de Polietilenglicol (PEG) en el medio, el cual al polimerizarse formará hidrogeles con propiedades físicas diferentes. Las células madre estaban marcadas con moléculas fluorescentes para seguir su desarrollo en tiempo real en ratones.


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    Los medios de cultivo de células madre comúnmente usados tienen un módulo elástico de ~3GPa (109 Pascales = 30000 bares = 100 atmósferas), el cual es cinco órdenes de magnitud más rígido que el encontrado en músculo esquelético. Así que los medios que Gilbert et al. desarrollaron fueron más elásticos, tratando de imitar la rigidez del tejido cerebral, muscular y cartilaginoso (2, 12 y 42 KPa, respectivamente).


    El primer resultado obtenido fue que las MuSCs que fueron cultivadas en tejidos más elásticos aumentaron significativamente su tasa de supervivencia. Este resultado es sumamente alentador ya que se ha podido solucionar parte del problema de las células madre… la supervivencia. También encontraron que en los tejidos más elásticos, las MuSCs expresaron un tercio más cantidad de miogenina, el cual es un importante factor de transcripción de las células musculares diferenciadas.
    En cuanto a la tasa de división, no hubo diferencias significativas entre las MuSCs que crecieron en un sustrato rígido y en uno elástico. La mayor expresión de bioluminiscencia, la cual está directamente relacionada con la capacidad regenerativa, se obtuvo con el medio más flexible, mientras que la duración y la tasa de viabilidad del injerto disminuyó en función a la rigidez del medio de cultivo. Como era de esperarse, la mayor tasa de viabilidad del injerto se obtuvo a 12KPa, el cual corresponde a la rigidez del tejido muscular.


    Algo que caracteriza a las células madre es su capacidad de dividirse en dos células madre hijas (división simétrica) o dividirse en una célula madre y una diferenciada (división asimétrica). Las células diferenciadas tienen una tasa de división muy reducida, mientras que las células madre pueden dividirse todo el tiempo (auto-renovación). Es muy importante que las células madre se auto-renueven para poder regenerar un tejido. Gilbert et al. encontraron que las MuSCs que crecieron en un medio flexible tenían un 32% más de capacidad de auto-renovación. Sin embargo, in vivo la auto-renovación prácticamente no se daba.


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    En conclusión, los sustratos flexibles mejoraron la capacidad de supervivencia de las MuSCs y previnieron la diferenciación de las células madre in vivo, mientras que aumentaron su tasa de auto-renovación in vitro. Lo que los investigadores hipotetizan es que la disminución en la rigidez del medio de cultivo altera la forma de la célula, provocando un re-arreglo del citoesqueleto alterando las vías de señalización.
     
  3. Mollecular

    Mollecular Suspendido

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    A diferencia de la mayor parte de las células de cáncer, se cree que las llamadas células madre de cáncer pueden formar tumores, pueden renovarse y pueden desarrollarse como diferentes tipos de células
     
  4. marioLP

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    interesante....
     
  5. manlutru

    manlutru Miembro maestro

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    no entendi mucho pero esta muy interesante.