Hoja de ruta para el desarrollo de células madre

Una hoja de ruta para el desarrollo de células madre.

Los investigadores de Johns Hopkins han desarrollado una forma de mapear el desarrollo de las células de la retina y potencialmente avanzar en la medicina regenerativa.

Los investigadores de Johns Hopkins Medicine informaron que han creado un método de mapeo de cómo se desarrolla el sistema nervioso central al rastrear los genes expresados ​​en las células. La técnica, demostrada en las retinas de ratón para este estudio, sigue la actividad de los genes utilizados por las células individuales durante el desarrollo, lo que permite a los investigadores identificar patrones con detalles sin precedentes. Este tipo preciso de hoja de ruta, dicen los investigadores, podría usarse para desarrollar futuros tratamientos regenerativos para la ceguera y otras enfermedades neurológicas.

«Este es, de lejos, el mapa más completo que tenemos del desarrollo celular en el sistema nervioso central», dice Seth Blackshaw, Ph.D., profesor de neurociencia en la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, y miembro de la facultad del Instituto Johns Hopkins para la Ingeniería Celular.

«Si podemos aprovechar este tipo de mapa para enseñar a las células madre a crear un cierto tipo de célula retiniana, algún día podríamos reemplazar las células perdidas por la degeneración macular y otras enfermedades de la ceguera», dice Genevieve Stein-O’Brien, Ph.D. un postdoctorado en la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins en el laboratorio de Elana Fertig, Ph.D. , profesor asociado de oncología en la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y miembro del Centro de Cáncer Kimmel de Johns Hopkins.

Blackshaw dice que la retina, una estructura bien entendida que contiene muchos de los tipos de células que se encuentran en el resto del sistema nervioso y como tal, es un excelente ejemplo para usar en estudios sobre cómo se desarrolla el sistema nervioso central.

Cada uno de los muchos tipos de células que conforman la retina es producido por los progenitores neuronales: células similares a células madre que tienen la capacidad de convertirse en prácticamente cualquier tipo de célula retiniana, según los genes que se activan y desactivan durante el desarrollo. Los patrones genéticos necesarios para crear cada tipo de célula ocurren a lo largo de una línea de tiempo estricta. Las neuronas, como los bastones y los conos que absorben la luz en la retina, son producidas por los progenitores más jóvenes, mientras que las células gliales de apoyo son creadas por los progenitores más viejos.

Para estudiar el proceso en detalle y crear el mapa de ruta, los investigadores primero secuenciaron el ADN de células retinianas de ratones individuales en diferentes puntos de tiempo de desarrollo, desde los primeros progenitores hasta las células de la retina adulta.

Luego, los investigadores colocaron esta información en un programa de computadora de aprendizaje automático que Stein-O’Brien desarrolló. El programa fue diseñado para comprimir rápidamente la inmensa cantidad de datos genéticos, agrupándose como células para generar un mapa que permita a los investigadores visualizar el proceso de desarrollo. El programa informático produjo una estructura de ramificación que permitió a los investigadores ver qué tipos de células dan origen a otros, cuáles están más estrechamente relacionados y qué cambios genéticos ocurren que conducen a los más de 100 tipos de células que se encuentran en la retina del ratón y la humana.

«El mapa nos permite ver el impacto que tienen los genes individuales y las redes de genes en el sistema nervioso central en desarrollo», dice Blackshaw.

En un experimento de prueba de principio, los investigadores luego decidieron observar de cerca tres de los genes: el factor nuclear 1 (NFI) a, byx, que son esenciales para ayudar a un progenitor a determinar su edad y qué tipos de células de la retina que puede producir.

Los investigadores desarrollaron ratones genéticamente modificados para expresar los tres genes en abundancia o no, y observaron cómo los ciclos de vida de sus células retinales cambiaban al rastrear qué genes estaban «activados» en cualquier momento en el programa de computadora. Encontraron que las células que expresan niveles aumentados de los genes NFI actuaron más viejos de lo que eran y produjeron más de los tipos de células correspondientes (células gliales) que los progenitores retinianos normales. En contraste, los progenitores sin los genes NFI continuaron creando tipos celulares anteriores, como los fotorreceptores de barra, y continuaron dividiéndose, actuando como células progenitoras jóvenes.

En última instancia, dicen los investigadores, esperan aplicar la técnica de mapeo a otros tipos de células para comprender mejor qué genes afectan el desarrollo de enfermedades en otros tejidos del cuerpo.

«Si sabemos con precisión cómo los progenitores pasan de una población de células madre no comprometida a tejidos maduros, podemos usar este mapa de ruta para redirigirlos y que sigan específicamente otros caminos», dice Loyal Goff, Ph.D. , profesor asistente de neurociencia en Johns Hopkins. Escuela Universitaria de Medicina y miembro de la facultad en el Instituto McKusick-Nathans de Medicina Genética en Johns Hopkins.

Traducción: Asociación Mácula Retina.