Encontrar el modelo adecuado para estudiar el desarrollo humano, desde la etapa embrionaria temprana en adelante, ha sido un desafío para los científicos durante la última década. Ahora, los bioingenieros de la Universidad de California en San Diego se han concentrado en un candidato inusual: los teratomas (en griego “tumores monstruosos”).
Los teratomas son tumores formados por diferentes tejidos como huesos, cerebro, cabello y músculos. Se forman cuando una masa de células madre se diferencia incontrolablemente, formando todo tipo de tejidos que se encuentran en el cuerpo. Los teratomas generalmente se consideran un subproducto no deseado de la investigación con células madre, pero los investigadores de UC San Diego encontraron la oportunidad de estudiarlos como modelo para el desarrollo humano.
Los investigadores informan sobre su trabajo en un artículo publicado hoy 4 de noviembre en la revista Cell.
«Hemos estado fascinados con los teratomas durante bastante tiempo«, comenta Prashant Mali, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. «El teratoma no sólo es un tumor intrigante para observar en términos de la diversidad de tipos de células, sino que también tiene regiones de estructuras organizadas similares a tejidos. Esto nos llevó a explorar su utilidad tanto en la ciencia celular como en los contextos de ingeniería celular«.
Los teratomas, laboratorios vascularizados con células de órganos diferentes para estudiar el desarrollo humano
«No hay otro modelo como este. En un solo tumor, se pueden estudiar todos estos linajes diferentes, todos estos órganos diferentes, al mismo tiempo«, insiste Daniella McDonald, médica y candidata al doctorado en el laboratorio de Mali y coprimera autora del estudio. «Además, es un modelo vascularizado, tiene una estructura tridimensional y es tejido específico para humanos, lo que lo convierte en el modelo ideal para recrear el contexto en el que ocurre el desarrollo humano«.
El equipo utilizó teratomas cultivados a partir de células madre humanas inyectadas bajo la piel de ratones inmunodeficientes. Los analizaron con una técnica llamada secuenciación de ARN unicelular, que perfila la expresión génica de las células de teratoma individuales. Los investigadores pudieron mapear 20 tipos de células, o «linajes humanos» (cerebro, intestino, músculo, piel, etc) que estaban constantemente presentes en todos los teratomas que analizaron.
Luego, los investigadores utilizaron la tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9 para detectar y eliminar 24 genes conocidos por regular el desarrollo. Encontraron múltiples genes que juegan un papel en el desarrollo de múltiples linajes.
«Lo notable de este estudio es que podríamos usar el teratoma para descubrir cosas de una manera mucho más rápida. Podemos estudiar todos estos genes en todos estos linajes humanos en un solo experimento«, asegura el coautor Yan Wu, quien trabajó en este proyecto como estudiante de doctorado en los laboratorios de Mali y profesor de bioingeniería de UC San Diego Kun Zhang. «Con otros modelos, como los organoides, que modelan por separado un linaje a la vez, habríamos tenido que realizar muchos experimentos diferentes para obtener los mismos resultados que aquí«.
«Los teratomas son un tipo muy singular de tejido humano. Cuando se examinan a través de la lente de la secuenciación unicelular, podemos ver que contienen la mayoría de los tipos de células representativas más importantes del cuerpo humano. Con ese conocimiento, de repente tenemos una plataforma extremadamente poderosa para comprender, manipular y diseñar células y tejidos humanos de una manera mucho más sofisticada de lo que era posible anteriormente«, confirma Zhang.
Los investigadores también demostraron que pueden «esculpir molecularmente» el teratoma para enriquecerlo en un linaje, en este caso, tejido neural. Lograron esta hazaña utilizando un circuito de genes de microARN, que actúa como un cincel molecular cortando los tejidos no deseados (estos se eliminan selectivamente mediante un gen suicida) y dejando atrás el linaje de interés. Los investigadores comentan que esto tiene aplicaciones decisivas en la ingeniería de tejidos.
«Prevemos que esta investigación establecerá una nueva base de campo de estudio. Con suerte, otros científicos usarán el teratoma como modelo para futuros descubrimientos en el desarrollo humano«, concluye McDonald.
Fuente: Cell.
