Hoy en Revista Dosis

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Salud de Oregon, Estados Unidos, diseñaron un material que replica el tejido óseo humano con un nivel de precisión sin precedentes, desde su estructura cristalina microscópica hasta su actividad biológica. Por el momento, lo están utilizando para explorar procesos fundamentales de enfermedades, como el origen de los tumores metastásicos en los huesos, y como tratamiento para las lesiones óseas de gran tamaño.

“Esencialmente es un hueso miniaturizado que podemos producir en cuestión de 72hs o menos. Esta es la primera vez que alguien ha sido capaz de incrustar células en minerales, que es lo que caracteriza al tejido óseo”, explica el ingeniero biomédico Luiz Bertassoni, autor principal del trabajo, que se ha publicado en la revista ‘Nature Communications’.

Al igual que el hueso real, el material tiene una estructura mineral en 3D poblada de células óseas, células nerviosas y células endoteliales que se autoorganizan en vasos sanguíneos en funcionamiento.

La presencia de la estructura mineral es lo que hace que el nuevo material sea prometedor como modelo para estudiar la función ósea, las enfermedades y la regeneración ósea.

Para conseguir este tejido, los investigadores comenzaron con la mezcla de células madre humanas en una solución cargada de colágeno, una proteína abundante en la matriz del tejido óseo. Las proteínas del colágeno se unen, formando un gel incrustado con las células madre. Luego, los investigadores inundaron el gel con una mezcla de calcio disuelto y fosfato, los minerales del hueso. Añadieron otro ingrediente clave, la proteína osteopontina derivada de la leche de vaca, para evitar que los minerales formen cristales demasiado rápido. Este aditivo, que se adhiere al calcio y al fosfato, también minimiza la toxicidad de los minerales para las células.

La mezcla se difunde a través de una red de canales de aproximadamente el ancho de una hebra de ADN en el colágeno esponjoso, y los minerales disueltos se precipitan en capas ordenadas de cristales. “Podemos reproducir la arquitectura del hueso hasta una escala nanométrica. Nuestro modelo pasa por el mismo proceso biofísico de formación que el hueso”, asegura el investigador.

En este ambiente calcificado, las células madre se convierten en células óseas, osteoblastos y osteocitos funcionales sin la adición de ninguna otra molécula, como si supieran que están incrustadas en una matriz ósea real. En pocos días, las células en crecimiento extienden pequeñas protuberancias a través de espacios en su entorno mineralizado para conectarse y comunicarse con las células vecinas. La estructura de ingeniería ósea crea un microambiente que es suficiente para que las células madre maduren y se conviertan en células óseas.

Las células nerviosas añadidas a la mezcla formaron redes interconectadas que persistieron después de la mineralización. Las células endoteliales, de la misma manera, formaron redes de tubos que permanecieron abiertos después de la mineralización.

Para probar la utilidad del material como modelo de enfermedad, los investigadores implantaron su hueso de ingeniería debajo de la piel de ratones de laboratorio. Después de unos días, los vasos sanguíneos hechos en laboratorio se habían conectado con la vasculatura de los cuerpos de los ratones. Cuando los investigadores inyectaron células de cáncer de próstata cercanas, encontraron que el crecimiento del tumor era tres veces mayor en los ratones que recibieron construcciones óseas mineralizadas que en aquellos con los controles no mineralizados.

El equipo ahora está diseñando versiones con células de médula ósea que crecen dentro de un entorno de hueso artificial para usarlas como modelo para estudiar la iniciación y el desarrollo de cánceres sanguíneos, incluyendo las diversas formas de leucemia. Además, han probado el material de ingeniería ósea como un reemplazo para el hueso lesionado en modelos animales, con resultados positivos que esperan publicar en un futuro cercano.

Fuente: Europa Press

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Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Florida, en Estados Unidos, ha descubierto un misterio sin resolver de hace décadas acerca de cómo se regula un proceso celular crítico y qué podría significar para el futuro estudio de la genética. En las células, el ADN y su material asociado se replican a intervalos regulares, un proceso esencial para todos los organismos vivos. Esto contribuye a todo tipo de procesos, desde cómo responde el cuerpo a las enfermedades hasta al color del cabello.

La replicación del ADN se identificó a fines de la década de 1950, pero desde entonces científicos de todo el mundo se han quedado cortos intentando entender exactamente cómo se regulaba este proceso; pero ahora lo saben. Los investigadores David Gilbert, profesor de Biología Molecular J. Herbert Taylor, y el estudiante de doctorado Jiao Sima publican este jueves un artículo en la revista ‘Cell’ que muestra que hay puntos específicos a lo largo de la molécula de ADN que controlan la replicación.

“Ha sido todo un misterio –resalta Gilbert–. La replicación parecía resistente a todo lo que intentamos hacer para perturbarla. La describimos en detalle, mostramos que cambia en diferentes tipos de células y que está alterada en la enfermedad. Pero hasta ahora, no pudimos encontrar la pieza final, los elementos de control o las secuencias de ADN que la controlan”.

En particular, la cátedra de Gilbert es en honor a un exprofesor del Estado de Florida llamado J. Herbert Taylor, quien demostró cómo se duplican los diferentes segmentos de cromosomas a fines de la década de 1950 y publicó más de 100 artículos sobre la estructura y replicación de los cromosomas. Aproximadamente, 60 años después, Gilbert ha determinado cómo se regula la replicación.

Sima había estado trabajando con Gilbert en el laboratorio y contaba con cerca de cien mutaciones genéticas en moléculas de ADN, esperando ver algún tipo de resultado que explicara mejor cómo funcionaba el proceso de replicación. Gilbert y Sima examinaron un solo segmento del ADN con la resolución 3D más alta posible y vieron tres secuencias a lo largo de la molécula de ADN tocándose entre sí con frecuencia.

Tres elementos clave

Después, los investigadores utilizaron CRISPR, una sofisticada tecnología de edición de genes, para eliminar estas tres áreas simultáneamente. Y con ello, encontraron que estos tres elementos juntos eran la clave para la replicación del ADN. “La eliminación de estos elementos modificó el tiempo de replicación del segmento desde el principio hasta el final del proceso”, dice Gilbert.

Además del efecto en el tiempo de replicación, la eliminación de los tres elementos hizo que la estructura 3D de la molécula de ADN cambiara dramáticamente. “Por primera vez, hemos identificado secuencias específicas de ADN en el genoma que regulan la estructura de la cromatina y el tiempo de replicación –apunta Sima–. Estos resultados reflejan un posible modelo de cómo el ADN se pliega dentro de las células y cómo estos patrones de plegamiento podrían afectar a la función de los materiales hereditarios”.

Entender mejor cómo se regula la replicación del ADN abre nuevos caminos de investigación en genética. Cuando se modifica el tiempo de replicación, como ocurrió en el experimento de Gilbert y Sima, se puede cambiar completamente la forma en que se interpreta la información genética de una célula. Esto podría convertirse en información crucial a medida que los científicos abordan enfermedades complicadas en las que se interrumpe el tiempo de replicación.

“Si duplicas en un lugar y momento diferente, podrías ensamblar una estructura completamente distinta –apunta Gilbert–. Una célula tiene diferentes cosas disponibles en distintos momentos. Cambiar el momento en el que se replica algo altera el empaquetamiento de la información genética”.

Fuente: Europa Press / COFA

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