Biotecnología

Los científicos generan millones de células humanas maduras en un embrión de ratón.

Durante décadas, el enorme potencial de curación de la enfermedad de las células madre humanas se ha visto frustrado por la incapacidad de producir cantidades suficientes de células humanas maduras in vivo, en un organismo vivo.

Ahora, un equipo dirigido por científicos de la Universidad de Buffalo ha desarrollado un método que aumenta drásticamente la producción de células humanas maduras en embriones de ratón. La producción de células humanas in vivo es crítica porque las células producidas en una placa de Petri a menudo no se comportan de la misma manera que las células en el cuerpo.

«Esta es una investigación fundamental que nos permite utilizar el embrión de ratón para ayudarnos a comprender mejor el desarrollo humano», dice Jian Feng, autor correspondiente y profesor de fisiología y biofísica en la Escuela de Medicina y Ciencias Biomédicas Jacobs de la UB.

«Un mayor desarrollo de nuestra tecnología podría permitir la generación de cantidades aún mayores de tipos específicos de células humanas maduras para permitirnos crear modelos de ratones más efectivos para estudiar enfermedades que afectan gravemente a los humanos, como la malaria o COVID-19», dice Feng.

Y debido a que este método produce tantas células humanas maduras, podría generar materiales para tratar enfermedades crónicas, como diabetes o insuficiencia renal, al reemplazar las células dañadas de un paciente con células o tejidos humanos sanos.

Aplicaciones de enfermedades infecciosas.

Feng explica que podría ser posible crear un modelo de ratón mucho mejor del sistema inmune humano o componentes del sistema respiratorio humano para estudiar COVID-19, una enfermedad que causa estragos en los humanos, pero que apenas afecta a los ratones.

También podría ser posible utilizar el nuevo método para producir ratones con glóbulos rojos humanos aún más maduros. Tales ratones serían muy efectivos en el estudio de la malaria, una enfermedad que afecta solo a los humanos al destruir nuestros glóbulos rojos.

«Tenemos muchas preguntas que responder antes de que la tecnología pueda ser útil, pero esta es la primera vez que alguien genera tantas células humanas maduras en un embrión de ratón», dice Feng.

Las células humanas (marcadas en verde) son células oculares en un embrión de ratón (marcado en azul) a los 17 días. El desarrollo de células madre pluripotentes humanas inyectadas en un embrión de ratón se acelera para igualar el ritmo de desarrollo mucho más rápido del embrión de huésped de ratón. Normalmente, las células oculares en un embrión humano se generan en una etapa mucho más tardía. Imagen: Zhixing Hu

Millones de células humanas maduras en 17 días.

Los esfuerzos previos para producir células humanas en embriones de ratón han generado pequeñas cantidades de células inmaduras que son difíciles de cuantificar. En contraste, el método UB resultó en millones de células humanas maduras en un embrión de ratón en 17 días.

En este estudio, los investigadores inyectaron 10-12 células madre humanas sin tratamiento previo en un blastocisto de ratón cuando tenía 3,5 días. El embrión de ratón generó millones de células humanas maduras, incluidos glóbulos rojos, células oculares y células hepáticas, a medida que se desarrollaba.

«Sabemos que hasta el 4% del número total de células en el embrión de ratón eran células humanas», dice Feng. «Esta es una estimación baja porque no podemos cuantificar la gran cantidad de glóbulos rojos humanos generados en el embrión de ratón».

Él dice que debido a que estos glóbulos rojos humanos maduros no tienen núcleo, no se cuentan por el método que utilizan los científicos para cuantificar el número total de células.

La técnica del equipo implicó superar un desafío importante: convertir las células madre pluripotentes humanas, que pueden diferenciarse en todos los tipos de células del cuerpo, en una forma que sea compatible con la masa celular interna dentro de un blastocisto de ratón ─ un ratón de tres días de edad embrión. Las células madre humanas están en un estado «cebado», mientras que la masa celular interna dentro del blastocisto de ratón está en un estado ingenuo.

«Cuando las células humanas preparadas se colocan en el blastocisto de ratón, no se desarrollan», dice Feng, y señala que la falta de coincidencia entre las diferentes etapas de desarrollo de las células parece ser la responsable.

«Queríamos ver si era posible que las células cebadas humanas volvieran al estado ingenuo, al igual que las células madre pluripotentes dentro de un blastocisto de ratón», dice. «Esto es lo que hemos hecho.»

«Nuestro método es inhibir transitoriamente la mTOR quinasa durante tres horas para impactar las células cebadas humanas al estado ingenuo», dice. «El bloqueo de la quinasa mTOR desencadena una serie de eventos que reconectan la expresión génica y el metabolismo celular para que las células preparadas se vuelvan ingenuas».

La conversión de las células madre humanas preparadas en la etapa posterior a un estado anterior menos desarrollado, permitió que las células madre humanas se desarrollaran conjuntamente con la masa celular interna en un blastocisto de ratón.

«Las células madre humanas inyectadas ahora se desarrollan al ritmo mucho más rápido del embrión de ratón, lo que respalda la generación de millones de células humanas maduras en 17 días», dice Feng.

Mayor información: Zhixing Hu, View ORCID ProfileHanqin Li, View ORCID ProfileHoubo Jiang, et al. «Transient inhibition of mTOR in human pluripotent stem cells enables robust formation of mouse-human chimeric embryos». Science Advances, Published: 13 May 2020.

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