Ingenieros biomédicos e investigadores médicos en UNSW Sydney han hecho descubrimientos independientes sobre la creación de células madre sanguíneas embrionarias que algún día podrían eliminar la necesidad de donantes de células madre sanguíneas.

Los logros son parte de un movimiento en la medicina regenerativa hacia el uso de "células madre pluripotentes inducidas" para tratar enfermedades, donde las células madre se someten a ingeniería inversa a partir de células de tejido adulto en lugar de utilizar embriones humanos o animales vivos.

Pero si bien sabemos acerca de las células madre pluripotentes inducidas desde 2006, los científicos todavía tienen mucho que aprender sobre cómo la diferenciación celular en el cuerpo humano puede imitarse artificialmente y de manera segura en el laboratorio con el fin de brindar un tratamiento médico específico.

Han surgido dos estudios de investigadores de la UNSW en esta área que arrojan nueva luz no solo sobre cómo se producen los precursores de las células madre sanguíneas en animales y humanos, sino también sobre cómo se pueden inducir artificialmente.

En un estudio publicado hoy en Cell Reports , investigadores de la Facultad de Ingeniería Biomédica de la UNSW demostraron cómo una simulación del corazón latiendo de un embrión utilizando un dispositivo de microfluidos en el laboratorio condujo al desarrollo de "precursores" de células madre sanguíneas humanas, que son células madre a punto de convertirse en células madre sanguíneas.

Y en un artículo publicado en Nature Cell Biology en julio, investigadores de UNSW Medicine &Health revelaron la identidad de las células en embriones de ratones responsables de la creación de células madre sanguíneas.

Ambos estudios son pasos significativos hacia la comprensión de cómo, cuándo, dónde y qué células están involucradas en la creación de células madre sanguíneas. En el futuro, este conocimiento podría usarse para ayudar a los pacientes con cáncer, entre otros, que se han sometido a altas dosis de radio y quimioterapia, a reponer sus células madre sanguíneas agotadas.

Emulando el corazón

En el estudio detallado en Cell Reports , el autor principal, el Dr. Jingjing Li, y otros investigadores describieron cómo un sistema de microfluidos de 3 cm x 3 cm bombeaba células madre sanguíneas producidas a partir de una línea de células madre embrionarias para imitar el corazón latiendo de un embrión y las condiciones de la circulación sanguínea.

Ella dijo que en las últimas décadas, los ingenieros biomédicos han estado tratando de producir células madre sanguíneas en platos de laboratorio para resolver el problema de la escasez de células madre sanguíneas de donantes. Pero nadie ha sido capaz de lograrlo todavía.

"Parte del problema es que todavía no comprendemos completamente todos los procesos que ocurren en el microambiente durante el desarrollo embrionario que conducen a la creación de células madre sanguíneas aproximadamente en el día 32 del desarrollo embrionario", dijo el Dr. Li.

"Así que creamos un dispositivo que imita el latido del corazón y la circulación sanguínea y un sistema de agitación orbital que causa tensión de cizallamiento, o fricción, de las células sanguíneas a medida que se mueven a través del dispositivo o alrededor de un plato".

Estos sistemas promovieron el desarrollo de células madre sanguíneas precursoras que pueden diferenciarse en varios componentes de la sangre:glóbulos blancos, glóbulos rojos, plaquetas y otros. Estaban emocionados de ver este mismo proceso, conocido como hematopoyesis, replicado en el dispositivo.

El coautor del estudio, el profesor asociado Robert Nordon, dijo que estaba sorprendido de que el dispositivo no solo creara precursores de células madre sanguíneas que luego produjeron células sanguíneas diferenciadas, sino que también creó las células del tejido del entorno del corazón embrionario que es crucial para este proceso. .

"Lo que me asombra de esto es que las células madre sanguíneas, cuando se forman en el embrión, se forman en la pared del vaso principal llamado aorta. Y básicamente salen de esta aorta y entran en la circulación, y luego van al hígado y forman lo que se llama hematopoyesis definitiva o formación de sangre definitiva.

"Conseguir que se forme una aorta y luego que las células emerjan de esa aorta hacia la circulación, ese es el paso crucial necesario para generar estas células".

"Lo que hemos demostrado es que podemos generar una célula que puede formar todos los diferentes tipos de células sanguíneas. También hemos demostrado que está muy estrechamente relacionada con las células que recubren la aorta, por lo que sabemos que su origen es correcto. y que prolifera", A/Prof. dijo Nordon.

Los investigadores son cautelosamente optimistas acerca de su logro al emular las condiciones del corazón embrionario con un dispositivo mecánico. Esperan que pueda ser un paso hacia la solución de los desafíos que limitan los tratamientos médicos regenerativos en la actualidad:escasez de células madre de sangre de donantes, rechazo de células de tejido de donantes y los problemas éticos que rodean el uso de embriones de FIV.

"Las células madre sanguíneas utilizadas en trasplantes requieren donantes con el mismo tipo de tejido que el paciente", A/Prof. dijo Nordon.

"La fabricación de células madre sanguíneas a partir de líneas de células madre pluripotentes resolvería este problema sin la necesidad de donantes de tejidos compatibles que proporcionen un suministro abundante para tratar cánceres de sangre o enfermedades genéticas".

El Dr. Li agregó:"Estamos trabajando en aumentar la fabricación de estas células usando biorreactores".

Misterio resuelto

Mientras tanto, y trabajando independientemente del Dr. Li y A/Prof. Nordon, el profesor de Medicina y Salud de la UNSW, John Pimanda, y el Dr. Vashe Chandrakanthan estaban haciendo su propia investigación sobre cómo se crean las células madre sanguíneas en los embriones.

En su estudio con ratones, los investigadores buscaron el mecanismo que se usa naturalmente en los mamíferos para producir células madre sanguíneas a partir de las células que recubren los vasos sanguíneos, conocidas como células endoteliales.

"Ya se sabía que este proceso tiene lugar en embriones de mamíferos, donde las células endoteliales que recubren la aorta se transforman en células sanguíneas durante la hematopoyesis", dijo el profesor Pimanda. "Pero la identidad de las células que regulan este proceso había sido hasta ahora un misterio".

En su artículo, el Prof. Pimanda y el Dr. Chandrakanthan describieron cómo resolvieron este rompecabezas al identificar las células en el embrión que pueden convertir las células endoteliales embrionarias y adultas en células sanguíneas. Las células, conocidas como "células estromales PDGFRA+ derivadas de Mesp1", residen debajo de la aorta y solo rodean la aorta en una ventana muy estrecha durante el desarrollo embrionario.

El Dr. Chandrakanthan dijo que conocer la identidad de estas células proporciona a los investigadores médicos pistas sobre cómo las células endoteliales de mamíferos adultos podrían activarse para crear células madre sanguíneas, algo que normalmente no pueden hacer.

"Nuestra investigación mostró que cuando las células endoteliales del embrión o del adulto se mezclan con 'células estromales PDGFRA+ derivadas de Mesp1', comienzan a producir células madre sanguíneas", dijo.

Si bien se necesita más investigación antes de que esto pueda traducirse en la práctica clínica, incluida la confirmación de los resultados en células humanas, el descubrimiento podría proporcionar una nueva herramienta potencial para generar células hematopoyéticas injertables.

"Usar sus propias células para generar células madre sanguíneas podría eliminar la necesidad de transfusiones de sangre de donantes o trasplantes de células madre. Desbloquear los mecanismos utilizados por la naturaleza nos acerca un paso más a lograr este objetivo", dijo el profesor Pimanda. + Explora más

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