Nuevas ideas sobre el desarrollo de células sanguíneas a partir de células madre

Las Células madre hematopoyéticas (HSCs) son células especiales en el cuerpo que pueden convertirse en diferentes tipos de células sanguíneas. Estas células son cruciales porque ayudan a mantener nuestro sistema sanguíneo saludable a lo largo de toda nuestra vida. Sin embargo, a los científicos les ha costado mucho crear estas células madre a partir de otros tipos de células, como las células madre de ratón o humano, a pesar de haber trabajado en ello durante muchos años. Esto se debe principalmente a que el proceso de hacer HSCs desde las primeras etapas de desarrollo es muy complejo. Los intentos de duplicar este proceso en entornos de laboratorio han dado lugar a muchos resultados confusos.

La formación de células sanguíneas durante el desarrollo temprano ocurre en etapas, donde aparecen diferentes tipos de precursores de células sanguíneas antes de que se puedan formar las HSCs reales. La primera etapa ocurre poco después de una etapa llamada gastrulación, produciendo algunas de las primeras células sanguíneas. Las etapas posteriores provienen de células especiales conocidas como Endotelio Hemogénico. Estas células son importantes porque eventualmente conducen a la creación de HSCs.

Varios métodos de laboratorio han podido crear tipos tempranos de precursores de células sanguíneas. Sin embargo, tienen problemas para producir HSCs reales de manera confiable. Esto muestra que necesitamos un mejor entendimiento de las células producidas a través de las técnicas actuales de laboratorio y cómo se comparan con las células que se encuentran en los embriones en desarrollo.

#El Desarrollo Temprano de las Células

En los ratones, la formación de la línea primitiva, una estructura clave en el desarrollo temprano, comienza alrededor del día seis del crecimiento embrionario. Cuando aparece esta estructura, marca un punto importante para la migración celular. Las células derivadas de la línea primitiva tienen destinos diferentes: algunas forman parte del embrión, mientras que otras contribuyen a tejidos externos.

Después de dejar la línea primitiva, las células comienzan su viaje para formar estructuras específicas dentro del embrión. Estos movimientos eventualmente conducen a diferentes tipos de tejidos, incluidos aquellos que se convertirán en parte del sistema sanguíneo. Algunas células migran a áreas fuera del embrión, contribuyendo a tipos tempranos de células sanguíneas, mientras que otras ayudan a producir células sanguíneas más adelante.

Varios señales químicas juegan un papel crucial en la guía de estos movimientos y la diferenciación celular. Los científicos saben que las células madre requieren estas señales en cantidades específicas y en ciertos momentos para desarrollarse correctamente en diferentes tipos de células. Desafortunadamente, los métodos existentes utilizados para estudiar estos procesos a menudo se pierden en los detalles finos de cómo pequeños cambios en las señales pueden influir en el destino celular a nivel de una sola célula.

Para abordar este problema, los investigadores utilizaron una nueva técnica llamada sci-Plex. Este método les permite monitorear cómo responden las células a diferentes combinaciones de señales químicas, enfocándose en cómo se desarrollan en varios tipos de células. Este estudio tenía como objetivo entender cómo estas señales afectan cómo las células madre pueden convertirse en tipos específicos de células, especialmente aquellas involucradas en el sistema sanguíneo.

#Usando sci-Plex para Estudiar el Desarrollo Celular

En este estudio, los investigadores se basaron en una técnica de laboratorio establecida que permite a las células madre convertirse en Mesodermo, una capa de tejido que da origen a varios tipos de células. Crearon 16 combinaciones diferentes de señales químicas, Activina y BMP4, para imitar lo que sucede durante el desarrollo temprano cuando se forma la línea primitiva.

Las células madre de ratón se cultivaron bajo estas nuevas condiciones, y los científicos observaron periódicamente las células para determinar cómo se estaban desarrollando. Estaban particularmente interesados en identificar marcadores específicos en las células, que sirvieron como indicadores de los tipos de células que se estaban formando. Los resultados mostraron una variedad de diferentes tipos de células emergiendo, que se parecían mucho a lo que sucede durante el desarrollo natural en ratones.

Al analizar los datos, los científicos pudieron ver una clara progresión desde la etapa temprana de la línea primitiva hasta mesodermo más especializado y luego a distintos tipos de células sanguíneas. Encontraron que las cantidades de las señales químicas influían significativamente en qué tipos de células se producían con el tiempo. Niveles más altos de señales particulares promovieron la formación de células que eran esenciales para el desarrollo sanguíneo y cardiovascular.

#Patrones de Destino Celular en el Desarrollo Temprano

El estudio confirmó que al principio del desarrollo, las células expresan marcadores específicos que ayudan a los científicos a identificar su etapa. La expresión del factor de transcripción T-box Brachyury fue alta en el día cuatro de diferenciación, lo que indica la presencia de células de la línea primitiva. A medida que las células continuaron desarrollándose, su expresión de estos marcadores cambió en consecuencia.

Diferentes condiciones mostraron cómo concentraciones específicas de las señales químicas influían en los destinos celulares, con niveles más altos de Activina conduciendo a una mayor producción de ciertos tipos de células, particularmente durante las primeras etapas. Las observaciones coincidieron estrechamente con el conocimiento existente sobre cómo estos procesos ocurren en los embriones.

#Optimizando Condiciones para la Producción de Células Sanguíneas

En el estudio, los investigadores se centraron en producir mesodermo de placa lateral (LPM) y endotelio hemogénico (HE), ambos cruciales para el posterior desarrollo de HSCs. Descubrieron que ajustar las concentraciones de Activina y BMP4 podría maximizar la producción de estas células precursoras en las células madre de ratón que estaban diferenciándose.

Las células que emergieron de los cultivos mostraron signos de ser similares a las que se encuentran en el embrión temprano. Los investigadores también notaron que diferentes subgrupos de estas células expresaban varios marcadores, lo que indicaba que seguían dos caminos de desarrollo distintos: HE similar al saco vitelino y HE similar al intraembrionario.

Además, los investigadores examinaron si agregar ácido retinoico, una molécula señalizadora conocida por influir en el destino celular, podría mejorar la producción del HE deseado a partir de las células madre. Encontraron que agregar ácido retinoico hacía que algunos tipos de HE fueran más comunes mientras reducía otros, lo que indicaba su papel significativo en dirigir el destino celular.

#Conclusión

Este estudio proporcionó valiosos conocimientos sobre las interacciones complejas de las señales que guían las decisiones de destino celular tempranas en las células madre. Los investigadores demostraron cómo ajustar estas señales puede optimizar la producción de tipos importantes de células sanguíneas en el laboratorio. Aunque pudieron producir células que se parecían mucho a las que se encuentran en los embriones en desarrollo, no observaron el éxito a largo plazo necesario para crear HSCs a partir de estas células. Esto indica que se necesita más investigación para identificar otros factores que puedan ser esenciales para generar HSCs completamente funcionales a partir de células madre en el laboratorio.

En general, el trabajo ilustró el potencial de técnicas de alto rendimiento como sci-Plex para profundizar nuestra comprensión del desarrollo celular en un entorno controlado, allanando el camino para estudios futuros destinados a producir tipos de células especializadas para fines de investigación y terapéuticos.