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Músculos funcionales producidos a partir de células cutáneas
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Músculos funcionales producidos a partir de células cutáneas

Los ingenieros desarrollan el músculo humano en funcionamiento a partir de las células de la piel
El primer músculo humano funcional que crece a partir de células madre pluripotentes inducidas es prometedor para las terapias celulares, el descubrimiento de fármacos y el estudio de enfermedades raras.

Una sección transversal teñida de las nuevas fibras musculares. Los glóbulos rojos son células musculares, las áreas verdes son receptores para la entrada neuronal y los parches azules son núcleos celulares.
Crédito: Imagen cortesía de Duke University.


Los ingenieros biomédicos han cultivado el primer músculo esquelético humano en funcionamiento a partir de células madre pluripotentes inducidas.

El avance se basa en el trabajo publicado en 2015 cuando los investigadores de la Universidad de Duke desarrollaron el primer tejido muscular humano funcional a partir de células obtenidas de biopsias musculares. La capacidad de comenzar a partir del rasguño celular utilizando tejido no muscular permitirá a los científicos crecer más células musculares, proporcionará un camino más fácil para la edición del genoma y terapias celulares, y desarrollará modelos individualizados de enfermedades musculares raras para el descubrimiento de fármacos y estudios de biología básica.

Los resultados aparecen en línea el martes 9 de enero en Nature Communications.

"Comenzar con células madre pluripotentes que no son células musculares, pero pueden convertirse en todas las células existentes en nuestro cuerpo, nos permite crecer un número ilimitado de células progenitoras miogénicas", dijo Nenad Bursac, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Duke. "Estas células progenitoras se asemejan a células madre musculares adultas llamadas 'células satélite' que teóricamente pueden desarrollar un músculo entero a partir de una sola célula".

En su trabajo anterior, Bursac y su equipo comenzaron con pequeñas muestras de células humanas obtenidas de biopsias musculares, llamadas "mioblastos", que ya habían progresado más allá de la etapa de células madre, pero aún no se habían convertido en fibras musculares maduras. Crecieron estos mioblastos por muchos pliegues y luego los colocaron en un andamio tridimensional de apoyo lleno de un gel nutritivo que les permitió formar fibras musculares humanas alineadas y en funcionamiento.

En el nuevo estudio, los investigadores en cambio comenzaron con células madre pluripotentes inducidas por humanos. Estas son células tomadas de tejidos adultos no musculares, como la piel o la sangre, y reprogramadas para volver a un estado primordial. Las células madre pluripotentes se cultivan mientras se inundan con una molécula llamada Pax7, que les indica a las células que comiencen a convertirse en músculos.

A medida que las células proliferaban se volvían muy similares a las células madre musculares adultas, pero no tan robustas como éstas. Mientras que los estudios previos habían logrado esta hazaña, nadie ha sido capaz de hacer crecer estas células intermedias en el funcionamiento del músculo esquelético.

Los investigadores de Duke tuvieron éxito donde los intentos anteriores habían fallado.

"Se han necesitado años de prueba y error, haciendo conjeturas y dando pequeños pasos para finalmente producir músculo humano funcional a partir de células madre pluripotentes", dijo Lingjun Rao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Bursac y primer autor del estudio. "Lo que marcó la diferencia son nuestras condiciones únicas de cultivo celular y la matriz 3-D, que permitió a las células crecer y desarrollarse mucho más rápido y por más tiempo que los enfoques de cultivo en 2-D que se usan de forma más típica".

Una vez que las células estaban en camino de convertirse en músculo, Bursac y Rao dejaron de proporcionar la molécula de señalización Pax7 y comenzaron a dar a las células el apoyo y la nutrición que necesitaban para madurar completamente.

En el estudio, los investigadores muestran que después de dos a cuatro semanas de cultivo en 3-D, las células musculares resultantes forman fibras musculares que se contraen y reaccionan a estímulos externos como impulsos eléctricos y señales bioquímicas que imitan las entradas neuronales al igual que el tejido muscular nativo. También implantaron las fibras musculares recién crecidas en ratones adultos y demostraron que sobreviven y funcionan durante al menos tres semanas a la vez que se integran progresivamente en el tejido nativo a través de la vascularización.

El músculo resultante, sin embargo, no es tan fuerte como el tejido muscular nativo, y tampoco alcanza el músculo que creció en el estudio previo que comenzó con biopsias musculares. A pesar de esta advertencia, los investigadores dicen que este músculo todavía tiene potencial que el familiar más fuerte y mayor no tiene.

Las fibras musculares derivadas de células madre pluripotentes desarrollan reservorios de "células parecidas a satélites" que son necesarias para que los músculos adultos normales repare el daño, mientras que el músculo del estudio anterior tenía muchas menos de estas células. El método de células madre también es capaz de producir muchas más células a partir de un lote de inicio más pequeño que el método de biopsia.

Ambas ventajas apuntan hacia la posibilidad de utilizar este nuevo método para terapias regenerativas y para crear modelos de enfermedades raras para estudios futuros y atención médica individualizada..

"La perspectiva de estudiar enfermedades raras es especialmente emocionante para nosotros", dijo Bursac. "Cuando los músculos de un niño ya están marchitándose de algo como la distrofia muscular de Duchenne, no sería ético tomar muestras de músculo de ellos y hacer más daño. Pero con esta técnica, podemos tomar una pequeña muestra de tejido no muscular, como la piel o la sangre, revierten las células obtenidas a un estado pluripotente y eventualmente crecen una cantidad interminable de fibras musculares funcionales para evaluar ".

La técnica también es prometedora para combinarse con terapias genéticas. Los investigadores podrían, en teoría, corregir disfunciones genéticas en las células madre pluripotentes inducidas derivadas de un paciente y luego desarrollar pequeños parches de músculo completamente sano. Si bien esto no podría curar o reemplazar el músculo enfermo de todo un cuerpo, podría usarse en conjunto con terapias genéticas más ampliamente dirigidas o para curar problemas más localizados.

Los investigadores ahora están perfeccionando su técnica para desarrollar músculos más robustos y comenzar a trabajar para desarrollar nuevos modelos de enfermedades musculares raras.

Video: https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=2FTPG5ff76I

Este trabajo fue respaldado por los Institutos Nacionales de Salud (UH3-TR000505, UG3-TR002142, AR065873 y AR070543).


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