‘Piel de laboratorio’ para estudiar las enfermedades dermatológicas

Fabrican piel artificial a partir de células iPS que tiene las misma propiedades que la piel humana

 

KINGS COLLEGE LONDON Imagen de una célula madre embrionaria

Un equipo internacional liderado por el Kings College de Londres (Reino Unido) y el de Centro Médico de Veteranos de San Francisco (EE.UU.) ha desarrollado las primeras epidermis -la capa más externa de la piel- cultivadas en el laboratorio- que tienen una barrera de permeabilidad funcional similar a la piel real. Las nuevas epidermis, que se han cultivado a partir de células madre pluripotentes humanas, ofrecen un modelo de laboratorio alternativo para llevar a cabo ensayos con medicamentos y cosméticos, pero también podría ayudar a desarrollar nuevas terapias para trastornos de la piel.

La epidermis, la capa más externa de la piel humana, forma un interfaz de protección entre el cuerpo y su entorno externo, evitando que el agua se filtre y que los microbios y las toxinas entren en el organismo. Hasta ahora los ingenieros de tejidos no habían sido capaces de fabricar epidermis con la barrera funcional necesaria para poder se empleada en el análisis de medicamentos y se han limitado más en la producción de un modelo ‘in vitro’.

En el nuevo estudio, publicado en la revista «Stem Cells», se describe el uso de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPS) capaces de producir una cantidad ilimitada de queratinocitos puros -el tipo de célula predominante en la capa más externa de la piel- que coinciden estrechamente con los queratinocitos generados por las células madre embrionarias humanas y los queratinocitos primarios de biopsias de piel. Dichos queratinocitos se utilizaron posteriormente para la fabricación de equivalentes epidérmicos 3D con el objetivo de construir una barrera de permeabilidad funcional, que es esencial para la protección del cuerpo de la pérdida de humedad y la prevención de la entrada de productos químicos, toxinas y microbios.

Cuando los investigadores compararon la pie generada a partir de lasa células iPS con los queratinocitos humanos primarios -células de la piel- producidas por células madre obtenidas a partir de biopsias de piel no apreciaron ninguna diferencias significativas en sus propiedades estructurales o funcionales en comparación con la capa más externa de la piel humana normal.

Enfermedades de la piel

 Para Teodora Mauro, del , «la capacidad de obtener un número ilimitado de unidades genéticamente idénticas puede ser utilizado para estudiar una serie de patologías en las que la ». La investigadora cree que se puede «utilizar este modelo para estudiar cómo la barrera de la piel se desarrolla normalmente, cómo se ve afectada en diferentes enfermedades y cómo es posible estimular su reparación y recuperación».

Para Teodora Mauro, del Centro Médico de Veteranos de San Francisco, «la capacidad de obtener un número ilimitado de unidades genéticamente idénticas puede ser utilizado para estudiar una serie de patologías en las que la barrera de la piel es defectuosa debido a mutaciones en genes implicados en su formación, como la ictiosis (piel seca, escamosa) o dermatitis atópica». La investigadora cree que se puede «utilizar este modelo para estudiar cómo la barrera de la piel se desarrolla normalmente, cómo se ve afectada en diferentes enfermedades y cómo es posible estimular su reparación y recuperación».

Pero además, añade Dusko Ilic, del Kings College, este nuevo método se puede «emplear para hacer crecer más cantidad de equivalentes epidérmicos humanos cultivados en laboratorio y, por lo tanto, disponer de piel ‘humana’ para las pruebas comerciales de medicamentos y cosméticos. Asimismo, servirían para estudiar una gama de enfermedades de la piel».

‘Piel de laboratorio’ para estudiar las enfermedades dermatológicas – ABC.es.

Descubierto el mecanismo que vuelve a las células tumorales adictas al azúcar | EL PAÍS

La captación de glucosa alimenta la proliferación de los cánceres

• El proceso de ‘limpieza del ADN’ ofrece una diana contra el cáncer

Células tumorales. / GETTY

Si algo caracteriza a las células tumorales es su crecimiento descontrolado. Y, para ello, necesitan mucha energía. Para conseguirla, las células tumorales captan toda la glucosa que pueden. Este fenómeno se descubrió en 1927, y se llamó efecto Warburg. Pero, hasta ahora, nadie había explicado cómo se originaba el proceso. Lo ha hecho el equipo del Instituto de Investigaciones Biomédicas de Bellvitge (Idibell) que dirige Manel Esteller, y lo publica Nature Communications.

“Estábamos buscando genes que no funcionaban en las células tumorales y encontramos uno alterado, pero desconocíamos cuál era su acción. Descubrimos que era el gen responsable de eliminar el exceso de receptores de glucosa”, explica Esteller en una nota. Cuando se inhibe, esos receptores (proteínas que están en la superficie de las células que se dedican a pescar la glucosa en el torrente sanguíneo) se multiplican, y se dedican a alimentar la voracidad de los tumores. “La célula inactiva al gen que debería degradar al receptor de glucosa en condiciones sanas y al dejar de hacerlo, ese tumor tiene una superactivación de este receptor que capta todas las moléculas de glucosa de su alrededor y las usa para obtener energía rápida para proliferar”, añade Esteller.

El proceso es muy poco eficiente (la energía celular se obtiene de otras moléculas, como el ATP, que se reciclan fácilmente), y puede ser una causa del debilitamiento y adelgazamiento de las personas con cánceres, ya que las células tumorales consumen un nutriente básico para otros procesos (entre otros, los neuronales).

El trabajo es el segundo que se publica de forma consecutiva con la misma característica: no es específico para un tipo de tumor. Ayer hubo otro, en Nature, que describía un proceso de limpieza del material genético como posible diana de los tratamientos oncológicos. El objetivo de este trabajo es similar: “La parte interesante para futuros tratamientos es que si usando fármacos le quitamos esta fuente energética, el tumor muere porque no puede adaptarse fácilmente a usar otros sustratos para obtener energía para sobrevivir”, dice Esteller

Descubierto el mecanismo que vuelve a las células tumorales adictas al azúcar | Sociedad | EL PAÍS.

El cáncer no entiende de tejidos

• El Atlas del Genoma del Cáncer revela mutaciones comunes a varios tumores

Imagen de células tumorales al microscopio.| Reuters

Quizás dentro de no muchos años, cuando un paciente con cáncer entre en la consulta, su oncólogo no le pregunte en qué tejido tiene el tumor. Es posible también que los pacientes con tumores de pulmón sean tratados con los mismos medicamentos que otros afectados con cáncer de mama o de próstata. Porque cada vez más evidencias señalan que la huella genómica del tumor, sus mutaciones, importan más que el tejido en el que se origina.

La última de estas pruebas procede de un ambicioso proyecto internacional, el Atlas del Genoma del Cáncer (TCGA, según sus siglas en inglés), 18 de cuyos estudios científicos van a ver la luz próximamente en varias revistas científicas, incluidos cuatro de ellos recién publicados en ‘Nature Genetics’.

Tras analizar 3.000 muestras procedentes de pacientes con 12 tipos de cáncer diferentes, investigadores del Memorial Sloan Kettering Cancer Center de Nueva York (EEUU) y otras instituciones, lideradadas todas ellas por el Instituto Nacional del Cáncer (NCI), acaban de ratificar algo que ya se venía observando en trabajos previos: tumores originados en tejidos muy diferentes comparten más características genéticas de lo que se podía sospechar hace unos años.

Como explican los autores en un comunicado, la amplitud de la muestra y la tecnología empleada ha permitido conocer los ‘fallos’ originales de muchos de estos tumores con un detalle desconocido hasta ahora.

«En futuros ensayos clínicos, pacientes con un determinado subtipo de cáncer de endometrio, por ejemplo, podrían ser tratados con la misma terapia que algunas personas con una variedad de cáncer de pulmón», explica el doctor Chris Sander, uno de los principales firmantes del estudio que se acaba de liberar.

Por su parte, Josh Stuart investigador de la Universidad de Santa Cruz (California, EEUU) y autor de un comentario en la misma revista, señala que descubrir las similitudes que comparten tumores originados en diferentes tejidos puede tener importantísimas implicaciones de cara al futuro. Muchas de ellas en materia de tratamientos, pero no sólo. «Los oncólogos podrían aplicar todo lo que saben sobre el cáncer de cabeza y cuello al 10% de los tumores de vejiga que comparten las mismas características», sugiere como ejemplo.

El Atlas del Genoma del Cáncer está analizando el genoma completo de 20 tipos de cáncer diferentes, realizando el perfil molecular a partir de cientos de miles de muestras de pacientes (en España, por ejemplo, se descifra el genoma de la leucemia). Con los datos de los 12 primeros tipos de tumores analizados sobre la mesa, los investigadores explican que el tejido en el que se origina el cáncer tiene su importancia y ‘aporta’ una serie de mutaciones y señales importantes para el tumor. Sin embargo, no son las únicas, y tampoco las imprescindibles.

De hecho, hasta ahora se hablaba de mutaciones ‘conductoras’ del cáncer, claves en el origen y persistencia de las células malignas; pero también existen otras mutaciones menos importantes, las llamadas‘pasajeras’. Este nuevo análisis ha permitido descubrir un tercer grupo de mutaciones que también tienen su importancia y que tienen que ver con el modo en que el ADN de las células se ‘empaqueta’ en los cromosomas.

Concretamente, otro de los estudios ha detectado ‘errores’ en 104 regiones que nunca antes se habían relacionado con el cáncer y que están implicados en ese proceso de ‘empaquetar’ la información genética en los cromosomas. «Hay muchos modos de ‘embrollar’ esta información y hasta ahora las mutaciones parecían aleatorias, pero ahora tenemos suficiente información para que ver que éste es un elemento importante en muchos de estos tumores», explica Stuart en una nota de prensa.

El cáncer no entiende de tejidos | Cáncer | elmundo.es.

Crean un hígado a partir de células de la piel humana | Biociencia

Hígados humanos, en estadio embrionario, en placas de laboratorio. | Takanori Takebe

• Investigadores japoneses desarrollan un hígado humano a partir de células iPS
• El órgano, creado en el laboratorio, lo han trasplantado en ratones y es funcional

 

No es la primera vez que se crea un órgano en el laboratorio, ya se había hecho con el corazón, la vejiga o el riñón. En muchos casos, estos órganos sólo eran moldes forrados de células. Cuando se ha intentado desarrollar un órgano completo, no se ha tenido éxito porque las células se caen de esos andamiajes y mueren. Ahora sí que se ha generado un hígado funcional a partir de un trozo de piel humana.

Según los autores de este procedimiento, estamos un poco más cerca de fabricar órganos válidos para trasplantes, aunque para esto falta al menos una década.

Desde que en el año 2006 el científico japonés Shinya Yamanaka lograra crear células iPS a partir de células de la piel, han sido muchos los grupos de investigadores que se han volcado en el estudio de estas células que son similares a las embrionarias, es decir, capaces de convertirse en cualquier tejido pero que no proceden de un embrión. Desde la simplificación del método de Yamanaka hasta la derivación en múltiples tejidos como neuronas, huesos, o su uso para tratar enfermedades, las células iPS se han convertido en la gran promesa de la Medicina Regenerativa y para la cura de enfermedades para las que no hay solución hoy día. De hecho, su creador recibió el pasado año el premio Nobel de Medicina por su trabajo en este campo.

Ahora unos científicos también japoneses, del departamento de medicina regenerativa de la Ciudad Universitaria de Yokohama y del Hospital Seirei Sakura (Japón), han dado un paso más. «Es la primera vez que un órgano, como el hígado, se ha creado a partir de iPS y se trata de un órgano vascularizado», explica a ELMUNDO.es Takanori Takebe, el primer firmante del estudio publicado en la revista ‘Nature’.

Para lograr este órgano, Takebe y su equipo pensaron que era buena idea cultivar las células iPS con un cóctel de células formado por células del estroma, células madre mesenquimales de la médula ósea (de un donante) y células del endotelio venoso de cordón umbilical. Tras cultivarlas entre cuatro y seis días, se empezaron a estructurar en un tejido en tres dimensiones y vascularizado.

Suplir un fallo hepático

Posteriormente, el hígado (que tenía una estructura similar a la del hígado de un embrión humano) fue trasplantado al cráneo de un ratón. «Queríamos comprobar si era capaz de generarse un hígado totalmente funcional, por lo que usamos un modelo de ratón con una ventana en el cráneo para el acceso óptico», explican los autores en su estudio. De esta manera, observaron que el hígado siguió creciendo y desarrollando el riego vascular y sus funciones.

Tras esta prueba, los científicos trasplantaron el órgano en otros dos sitios del cuerpo del ratón, en el mesenterio (membrana del peritoneo) y por encima del riñón. Allí comprobaron que el nuevo órgano era capaz de metabolizar fármacos de forma correcta y mejorar la supervivencia de un ratón al que se le había inducido un fallo hepático.

Los ratones trasplantados fueron seguidos durante seis meses y no mostraron signos del desarrollo de un tumor, uno de los riesgos de la terapia con células madre embrionarias y, que por tanto, también se sospechaba con las iPS. «Somos muy optimistas por este motivo», señala Takebe.

Para el profesor Matthew Smalley, del Instituto Europeo para la Investitación Oncológica con Células Madre de la Universidad Cardiff (Gales, Reino Unido), es un estudio «muy interesante. Los autores han mostrado que el trasplante hepático no sólo produce proteínas específicas del hígado sino que también desintoxica los compuestos evaluados, que son clave para restaurar la función del hígado en un fallo hepático. La ruta del trasplante todavía necesita optimizarse para los humanos y demostrar en pacientes la seguridad y eficacia, al igual que la viabilidad del injerto a largo plazo. Además, no todos los pacientes son candidatos a este procedimiento. A pesar de todo, el estudio ofrece una promesa real para un método alternativo para conseguir órganos humanos para trasplante».

Crean un hígado a partir de células de la piel humana | Biociencia | elmundo.es.

Desarrollan vacuna de oro para infecciones virales en bebés y niños

El VRS es una de las principales causas de hospitalización en bebés.

Cada año, unas 65 millones de personas en todo el mundo, la mayoría niños y ancianos, se contagian del virus respiratorio sincitial (VRS). Es la mayor causa de infecciones durante la niñez y aun así no hay una vacuna para prevenirlo.

Esta situación podría cambiar con el oro. Científicos en Estados Unidos desarrollaron un método de vacunación que utiliza nanopartículas de este metal para imitar el virus y llevar proteínas específicas a las células del sistema inmune del cuerpo.

«Sabíamos que el oro era seguro de inyectar bajo ciertas circunstancias y que se podía hacer en partículas muy pequeñas». James Crowe le contó a BBC Mundo que así fue como surgió la idea. Esta técnica, publicada en la revista Nanotechnology, se diferencia del enfoque tradicional de usar virus muertos o inactivos como vacuna.

Lo que hizo el equipo de investigadores fue utilizar una proteína de la superficie del virus, que es lo que le permite al sistema inmune reconocerlo, y la transfirieron a la superficie de la partícula de oro. «Así el cuerpo piensa que ha visto a un virus o algo parecido a un virus, aunque en este caso las partículas no pueden crecer como los virus», señala Crowe, pediatra y especialista en virología de la Universidad Vanderbilt en Tennessee, Estados Unidos.

Intentos fallidos

Hasta ahora, las vacunas más prometedoras se han hecho con virus débiles, que están vivos, y que en algunos casos causan problemas a las personas asmáticas o con un sistema inmune débil.

«Nuestra vacuna experimental no crece porque se trata de partículas inanimadas. Esto nos permite controlar exactamente cuánta proteína del virus se libera», aclara el experto.

Según el científico, no se espera que esta vacuna cause problemas debido a que no crece. En el laboratorio, los investigadores pusieron a interactuar la vacuna con células humanas de personas sanas, lo que les permitió ver cómo este nuevo método estimulaba las células inmunes en la sangre. «El siguiente paso será usar estas partículas como vacuna en animales», agrega Crowe.

VRS es la causa más común de neumonía y jadeo en niños de todo el mundo. En muchos países, incluyendo Estados Unidos, es la causa más común de hospitalizaciones en niños.

Objetivo cuesta arriba

Si bien conseguir una vacuna para este virus es una de las prioridades de la Organización Mundial de la Salud, la tarea ha probado ser dispendiosa.

Una de las razones se debe a que la mayoría de los casos son hospitalizaciones de bebés de seis semanas de nacidos. «Así que necesitamos una vacuna que funcione al nacer», explica Crowe.

«Y este es un período muy difícil para inmunizar a los bebés de una forma segura, debido a que su sistema inmune es todavía muy inmaduro». El especialista considera que este método se podría aplicar para la elaboración de vacunas de casi cualquier virus. «Estas partículas son del tamaño correcto para la mayoría de virus comunes que infectan a humanos e incluso a animales».

La técnica de colocar proteínas en partículas es increíblemente compleja. Estos investigadores de EE.UU. sabían que el oro era uno de los metales que por lo general no eran tóxicos al cuerpo. Ya se usa en otros tratamientos para algunos tipos de artritis y trastornos reumatoides. Pero crear las partículas de una forma que les permitiera interactuar con un sistema biológico fue otra historia.

«Para prepararla del tamaño y forma exacta y asegurarnos de que no se peguen en los conglomerados de los agregados requirió de años de trabajo del químico para que pudiera fabricar las partículas», cuenta el experto. Se trato de una idea sencilla pero de una complejidad tremenda para su ejecución.

Desarrollan vacuna de oro para infecciones virales en bebés y niños – BBC Mundo – Noticias.

Reino Unido da luz verde a un tratamiento «in vitro» que utiliza ADN de tres personas

El Gobierno británico ha dado luz verde a un revolucionario y controvertido tratamiento de fecundación ‘in vitro’ (FIV) que utiliza el ADN de tres personas y destinado a impedir el desarrollo de enfermedades mitocondriales.

El Gobierno confía en elaborar un borrador de ley a finales de año para que el tratamiento pueda ser ofrecido a las parejas dentro de dos años, lo que convertiría al Reino Unido en el primer país del mundo que aplica esta técnica, según los medios británicos. La prueba, desarrollada por expertos de la Universidad de Newcastle, es conocida como transferencia de mitocondria y consiste en unamodificación genética del embrión al incorporarse una pequeña parte del ADN de un tercer donante sano.

Las mitocondrias son orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía para la actividad celular, sobre todo para el funcionamiento de órganos vitales. Y las enfermedades mitocondriales son desordenes resultantes de la deficiencia de una o más proteínas en las mitocondrias, por lo que pueden afectar el corazón, el cerebro y los músculos. Los científicos estiman que una de cada 6.500 personas nace con un desorden mitocondrial.

Demostración

A finales de 2012, el equipo de Shoukhrat Mitalipov, de la Universidad para las Ciencias y la Salud de Oregón (EE.UU.), el mismo que ha sido capaz de crear por vez primera células madre embrionarias humanas a partir de una persona, demostró que esto era posible. A partir de los genes de tres padres, los científicos desarrollaron embriones humanos de cinco días de edad. Para crear dichos embriones, el material genético de la madre se insertó en el óvulo de otra mujer donante antes de ser fecundado con el esperma del padre. Los investigadores, cuyo trabajo se publicó en Nature, dijeron que la técnica permitaría prevenir las enfermedades mitocondriales -que se pasan de madre a hijo-. Desde un punto de vista científico el mérito del trabajo es indiscutible. Se había logrado sustituir con éxito el ADN mitocondrial en ovocitos humanos y generar linajes celulares de blastocitos y de células madre embrionarias. Y, aunque todavía hay que verificar estos resultados con estudios de seguridad y ensayos clínicos antes de que la técnica pueda ser utilizada con fines terapéuticos en humanos, la investigación representó la prueba de que «es posible» y abre una nueva vía para la prevención de las enfermedades mitocondriales.

Y eso es lo que ha hecho ahora el Reino Unido. La médica asesora del Gobierno, Sally Davies, se ha mostrado a favor de poner en marcha este tratamiento «lo antes posible». Davies ha señalado a la prensa que las enfermedades mitocondriales han tenido un «impacto devastador» en las familias pues hay gente que ha tenido que vivir con estos desórdenes, que son pasados de la madre al bebé.

Antes de que el Gobierno diera luz verde a esta técnica, que deberá ser aprobada por el Parlamento, la Autoridad de Fertilización Humana y Embriología (HFEA, siglas en inglés) llevó a cabo una encuesta entre la población y concluyó que hay un respaldo bastante amplio a favor de este tratamiento.

Noticia excelente

El profesor Doug Turnbull, que encabezó este tratamiento, dijo que esta es una «noticia excelente para las familias con enfermedades mitocondriales. Esto le facilita a las mujeres que tienen estos genes defectuosos más posibilidades de reproducción y la oportunidad de tener niños sin enfermedad mitocondrial». No obstante, la prueba ha recibido críticas de algunos grupos que consideran que hay un riesgo de caer en el «diseño de bebés». La portavoz del Centro Cristiano de Bioética, Helen Watt, criticó el tratamiento porque considera que se crea un embrión con «distintas partes». «Ser padre es recibir niños de manera incondicional. No se trata de fabricar o controlar. Las parejas que no quieren correr el riesgo de pasar (a los bebé) la enfermedad mitocondrial pueden considerar alternativas éticas como la adopción, que son preferibles a una técnica peligrosa de ingeniería genética», agregó Watt.

Reino Unido da luz verde a un tratamiento «in vitro» que utiliza ADN de tres personas – Noticias de Salud | abc.es.

El nuevo coronavirus se distancia del virus del SARS | elmundo.es

• Presenta características distintas al virus de la famosa neumonía asiática
• Los patrones de infección y desarrollo de la enfermedad no son comunes

 

Poco a poco se van conociendo más detalles sobre el nuevo virus respiratorio que se generó en Oriente Medio, al que se ha bautizado con las siglas MERS-CoV, y que ya ha afectado a 58 personas y ha acabado con la vida de 34 pacientes.

Según un último análisis, cuyos datos ha recogido la revista The Lancet, la infección por este patógeno presenta características propias que le diferencian cada vez más del virus del SARS, también de la familia de los coronavirus y con el que se le ha comparado hasta el momento por tener en común un cuadro de neumonía y fracaso respiratorio.

A esta conclusión han llegado investigadores de Alemania, Escocia y Estados Unidos tras analizar los datos de un paciente de 73 años tratado en Múnich, Alemania, tras haber sido trasladado desde un hospital de Abu Dhabi y que falleció 10 días después de su ingreso como resultado de un fallo multiorgánico.

Uno de los problemas para conocer mejor este virus es que es difícil de aislar en las personas afectadas, particularmente en la fase tardía de la enfermedad. Tan sólo se han publicado tres análisis (con el de ahora) de muestras del nuevo coronavirus obtenidas en pacientes. La evaluación de estas cepas y de los pacientes es primordial para conocer cómo puede extenderse esta infección, algo importante si se tiene en cuenta que el ‘pariente’ más cercano a este nuevo virus, el SARS, causó en su momento 8.000 casos y 774 muertes en 25 países. Dimensión que todavía no ha alcanzado el nuevo coronavirus, aunque ya se han registrado casos en Jordania, Qatar, Arabia Saudí, Emiratos Árabes, Francia, Alemania, Italia, Túnez y Reino Unido.

Detalles de la investigación

Por un lado, los médicos analizaron la historia clínica del paciente y además secuenciaron el genoma del nuevo virus. Lo que mostraron estos análisis fue que la mayor carga viral estaba alojada en las vías respiratorias bajas. Sin embargo, «las características elementales del virus, como el uso del receptor y la sensibilidad al interferón tipo I y II, difieren sustancialmente de las que tenía el coronavirus SARS, lo que sugiere que podrían existir diferencias en los patrones de la enfermedad«, señalan en su artículo.

En cuanto a las vías de eliminación del virus, según los datos obtenidos en este paciente y de otro caso publicado, parece que el MERS-CoV no se detecta en las heces o bien su nivel es muy bajo, a diferencia de lo que ocurría con el SARS. No obstante, en muchos casos no se han recogido muestras de heces, por lo que los investigadores recomiendan que, a partir de ahora, sí se haga para poder conocer si las heces tienen un papel en la transmisión del virus o si, como se sospecha ahora, esto no es así en este nuevo coronavirus.

Por otro lado, la presencia del virus en la orina podría indicar que es capaz de replicarse en los riñones de los pacientes, lo que podría también explicar por qué éste y otros afectados en Francia tiene fallo renal. Aunque, según advierten los investigadores, los antibióticos prescritos al inicio del proceso infeccioso también podrían haber deteriorado la función renal, por lo que es necesaria más investigación en este sentido.

Todos estos datos sugieren, según reconocen los investigadores en su artículo, que parece que hay bajo riesgo de infección durante la fase no respiratoria. Además, los datos sugieren un bajo riesgo al manipular muestras de sangre en los procedimientos de laboratorio.

«Los datos de laboratorio como éstos son fundamentales para poder dar recomendaciones sobre el diagnóstico, hacer proyecciones sobre el pronóstico del paciente, como también para estimar los riesgos de la infección», afirma el profesor Christian Drosten, principal autor del estudio.

«En ausencia de datos cualitativos de laboratorio bien documentados de los casos MERS, la mayoría de estas consideraciones hechas hasta ahora han sido asumidas por analogía con el SARS. Sin embargo, ahora estamos encontrando que ciertas características elementales del virus parecen ser diferentes a las del SARS».

Benoit Guery y Silvie van der Werf, del servicio de Gestión de Infecciones del Hospital Huriez, en Francia, señalan en un comentario que acompaña al estudio que «el brote MERS podría estar todavía en una fase inicial. Ahora es el momento de diseñar y evaluar protocolos terapéuticos […] Se podrían utilizar los protocolos desarrollados para el SARS pero las diferencias observadas en el huésped y en la susceptibilidad a los fármacos, como el interferón alfa, para estos dos coronavirus habría que tenerlas en cuenta».

El nuevo coronavirus se distancia del virus del SARS | Noticias | elmundo.es.

Primer trasplante de sangre de cordón para intentar curar el sida

El paciente, un niño de doce años, recibió sangre de una donante con una variante genética de inmunidad al VIH

¿Puede un trasplante curar de un plumazo una leucemia y una enfermedad vírica como el sida? Esta pregunta tuvo una respuesta afirmativa en un paciente alemán que contrajo el VIH (virus del sida) en 1995 y un año después desarrolló una leucemia. A este paciente le hicieron en Berlín un trasplante de médula ósea de un donante compatible que además tenía en su sangre una variante genética de inmunidad al virus del sida. Y esta combinación única surtió efecto, desterrando de su organismo las dos enfermedades. Ahora otro equipo médico, esta vez de Estados Unidos, se ha servido de una estrategia similar para intentar curar el sida a un niño de 12 años.

El pequeño paciente nació seropositivo y tuvo el mismo destino que el paciente alemán. Hace varios meses desarrolló una leucemia, el cáncer infantil más común, así que sus médicos decidieron probar suerte con una estrategia que luchara al mismo tiempo contra sus dos males.

Cordón en lugar de médula ósea

Siguieron la idea alemana, pero en lugar de hacerle un trasplante de médula convencional, John Wagner y su equipo de la Universidad de Minnesota sometieron al pequeño paciente a un trasplante de células madre obtenidas de la sangre de cordón umbilical. Estas células madre no despiertan ningún recelo ético y tienen como ventaja sobre la médula ósea que provocan menos riesgo de rechazo.

La sangre de cordón utilizada tampoco se eligió al azar ni pensando sólo en la compatibilidad con el paciente. En el banco de muestras se buscó una muy especial, la de una donante con una protección natural contra el virus del sida. Se estima que sólo el 1 por ciento de la población mundial alberga una característica genética que les convierte en inmunes a la infección del VIH. Esa mutación protectora se llama CCr5d32.

Antes de trasplantarle, los médicos sometieron a su paciente a un agresivo tratamiento que pasa por anular sus sistema inmune. Para ello tuvo que soportar sesiones de quimioterapia y radiación. El objetivo era que al transfundir las nuevas células, el sistema inmunológico o defensivo se reprogramara. El trasplante se realizó el pasado 23 de abril, pero hasta dentro de cien días no se sabrá si ha tenido éxito. Si el virus no se puede detectar en la sangre del niño, se retirará la medicación y si continúa indetectable podrían declararle curado del sida.

El mejor tratamiento

John Wagner, director del Programa de Trasplante de Sangre y Médula Ósea Pediátrica de la Universidad de Minnesota, ha manifestado su entusiasmo a través de la web de su Universidad, aunque aún no sabe si su apuesta ha tenido éxito. «Lo más esperanzador es que vamos a demostrar que el sida puede ser curado y que la sangre del cordón umbilical es el mejor tratamiento», asegura Wagner. «Hay personas con VIH y leucemia que están esperando estos resultados como un gran avance. El éxito en este paciente podría obligar a la comunidad científica a buscar estrategias potencialmente más seguras, como inducir la variante genética en las propias células madre de la médula de los pacientes».Esto permitiría generalizar el tratamiento a mayor número de enfermos.

De momento, sería una opción muy agresiva para las personas con VIH que no tienen leucemia.

Wagner, uno de los mayores defensores de la utilización de la sangre de cordón umbilical, asegura que la necesidad más inmediata es animar a los bancos de sangre de cordón a identificar todas las unidades de sangre con la variante de la resistencia del VIH».

El caso del bebé curado

El mes pasado, otro equipo médico de Estados Unidos dio a conocer en un congreso médico cómo habían conseguido curar a un bebé con VIH, en otro caso que también ha abierto un nuevo capítulo en la historia del sida.

El bebé, una niña nacida a finales de 2010, recibió un tratamiento agresivo con altas dosis de retrovirales, 30 horas de su nacimiento. La niña tiene ahora dos años y medio y ha estado sin medicamentos durante el último año, sin que se hayan registrado señales de un virus activo.

Primer trasplante de sangre de cordón para intentar curar el sida – ABC.es.

La teoría del filamento deslizante, la contracción muscular | Scitable

¿Cómo se contraen los músculos? ¿Qué moléculas son necesarias para que un tejido cambie su forma?

El músculo es un tejido contráctil especializado que les da una característica distintiva de los animales. Los cambios en la longitud del músculo apoyan una exquisita variedad de movimientos de animales, de la destreza de los tentáculos del pulpo y las ondas peristálticas de Aplysia a la coordinación precisa de linebackers y ballerinas. ¿Qué mecanismos moleculares dan lugar a la contracción muscular? El proceso de contracción tiene varios pasos clave, que se han conservado durante la evolución a través de la mayoría de los animales.

¿Qué es un Sarcómero?

Figura 1: Un músculo gastrocnemio (gemelo), con patrón de rayas de sarcómeros
La vista de un músculo gastrocnemio del ratón (pantorrilla) bajo un microscopio. Los sarcómeros son de color verde artificial, y aparecen como rayas apilados horzontal de longitudes similares. (Barra de escala blanca = 25 micras).

Cuando las células musculares se observan bajo el microscopio, se puede ver que contienen un patrón de rayas (estrías). Este patrón está formado por una serie de unidades base llamado sarcómeros que están dispuestos en un patrón apilado en todo el tejido muscular (Figura 1). Puede haber miles de sarcómeros en una sola célula muscular. Los sarcómeros son altamente estereotipados y se repiten a lo largo de las células musculares, y las proteínas dentro de ellos pueden cambiar de longitud, lo que hace que la longitud total de un músculo pueda cambiar. Un sarcómero individual contiene muchos filamentos paralelos de actina (finas) y miosina (gruesos) (fig. 1A). La interacción de las proteínas de miosina y actina es la base de nuestra comprensión actual del acortamiento del sarcómero. ¿Cómo se produce esta reducción? Tiene algo que ver con una interacción deslizante entre la actina y la miosina.

La teoría del filamento deslizante

En 1954, los científicos publicaron dos documentos innovadores que describen las bases moleculares de la contracción muscular. Estos documentos describen la posición de los filamentos de la miosina y la actina en varias etapas de contracción de las fibras musculares y propusieron cómo esta interacción produce la fuerza contráctil. Usando microscopía de alta resolución, AF Huxley y R. Niedergerke (1954) y HE Huxley y J. Hanson (1954) observaron cambios en los sarcómeros del tejido muscular acortado. Ellos observaron que una zona de la configuración repetida del sarcómero, la «banda A,» se mantuvo relativamente constante en longitud durante la contracción (figura 2A). La banda A contiene filamentos gruesos de miosina, lo cual sugiere que los filamentos de miosina centrales se mantienen constantes en longitud, mientras que otras regiones del sarcómero se acortan. Los investigadores señalaron que la «banda I,» rica en filamentos delgados hechos de actina, cambia su longitud a lo largo del sarcómero. Estas observaciones llevaron a proponer la teoría del filamento deslizante, que establece que el deslizamiento de la actina pasando sobre miosina genera tensión muscular. Debido a la actina está atada a las estructuras situadas en los extremos laterales de cada sarcómero llamado discos Z, cualquier acortamiento de la longitud de los filamentos de actina daría lugar a un acortamiento del sarcómero y por lo tanto el músculo. Esta teoría se ha mantenido impresionantemente intacta.

Figura 2: Comparación de un sarcómero relajado y contraído
(A) La organización básica de una subregión de sarcómero, que muestra la ubicación centralizada de la miosina (banda A). La actina y los discos Z se muestran en rojo. (B) Un diagrama conceptual que representa la conectividad de moléculas dentro de un sarcómero. Una persona de pie entre dos estanterías (bandas Z) tira de ellas mediante cuerdas (actina). Miosina (M) es análoga a la persona y los brazos de tracción. (Bandas Z también se llaman los discos z.)

Una analogía para el acortamiento del sarcómero

Imagínese que usted está de pie entre dos grandes estanterías llenas de libros. Estos grandes estanterías están a varios metros de distancia y se colocan en los carriles de modo que puedan ser movidas fácilmente. Se le da la tarea de llevar los dos estantes para libros juntos, y permiten usar sólo los brazos y dos cuerdas. De pie centrado entre las estanterías, se tira de las dos cuerdas – uno por cada brazo – que están atadas firmemente a cada biblioteca. De manera repetitiva, se tira cada cuerda hacia usted, la recupera, y luego tira de nuevo. Con el tiempo, a medida que avanza a través de la longitud de la cuerda, las estanterías se mueven juntas y se acercan a usted. En este ejemplo, los brazos son similares a las moléculas de miosina, las cuerdas son los filamentos de actina y las estanterías son los discos Z en que se asegura la actina, que constituyen los extremos laterales de un sarcómero. Igual a la forma en que usted se mantendrá centrado entre las estanterías, los filamentos de miosina permanecen centrados durante la contracción muscular normal (Figura 2B).

¿Qué son los puentes que cruzan?

Un refinamiento importante de la teoría del filamento deslizante consistió en la forma particular en que la miosina es capaz de empujar a la actina para acortar el sarcómero. Los científicos han demostrado que el extremo globular de la proteína de miosina más cercana a la actina, llama la región S1, tiene múltiples segmentos articulados, que se pueden doblar y facilitan la contracción (Hynes et al. 1987; Spudich 2001). La flexión de la región de la miosina S1 ayuda a explicar la forma en que se mueve o «pasea» la miosina a lo largo de la actina. La región de «cola» más delgado y por lo general más largo de la miosina (S2) también exhibe flexibilidad, y gira simultáneamente con la contracción de S1 (Figura 3A).

Figura 3: El «golpe de potencia» del modelo de puente de balanceo, a través del movimiento «ciclista» de la miosina-actina
La actina (rojo) interactúa con la miosina, que se muestra en forma globular (rosa) y en forma de filamento (línea de color negro). El modelo que se muestra es el de HE Huxley, modificado para indicar (flecha curvada) la flexión cerca de la mitad del puente transversal de forma alargada (subfragmento 1, o S1) que proporciona el «golpe de potencia». Esta flexión impulsa actina a la derecha a unos 10 nanómetros (nm de paso 10). Las áreas S2 amarran la miosina globular al filamento grueso (línea amarilla horizontal), que permanece en el lugar mientras que los filamentos de actina se mueven. Modificado de Spudich (2001).

Los movimientos de la miosina parecen ser una especie de danza molecular. La miosina avanza hacia adelante, se une a la actina, se contrae, libera la actina, y luego avanza de nuevo hacia delante para unirse actina en un nuevo ciclo. Este proceso se conoce como el ciclismo (bicicleta) de miosina-actina. A medida que el segmento S1 de miosina se une y libera la actina, forma lo que se denominan puentes cruzados, que se extienden desde los filamentos gruesos de miosina a los filamentos finos de actina. La contracción de la región de S1 de la miosina se llama power stroke (golpe de potencia) (Figura 3). La carrera de potencia requiere la hidrólisis de ATP , que se rompe un enlace de fosfato de alta energía y libera energía.

En concreto, esta hidrólisis ATP proporciona la energía a la miosina que pasar por este ciclo: liberar la actina, cambiar su conformación, contraerse, y repetir el proceso de nuevo (Figura 4). La miosina se mantendría vinculado a la actina indefinidamente – haciendo la rigidez del rigor mortis – si las nuevas moléculas de ATP no estuvieran disponibles (Lorand 1953).

Figura 4: Ilustración del ciclo de cambios en la forma de miosina durante los ciclos de puentes cruzados (1, 2, 3 y 4) Hidrólisis de ATP libera la energía necesaria para la miosina para hacer su trabajo. AF: filamentos de actina, miosina MF filamento. Modificado de Goody (2003).

Dos aspectos clave del ciclismo miosina-actina utilizan la energía puesta a disposición por la hidrólisis de ATP. En primer lugar, la acción del alcance de la cabeza S1 de miosina utiliza la energía liberada después de que la molécula de ATP se divide en ADP y fosfato (P). La miosina se une actina en esta conformación extendida. En segundo lugar, la liberación del fosfato faculta a la contracción de la región S1 de miosina (Figura 4).

¿Qué regula el acortamiento del sarcómero?

El calcio y el ATP son cofactores (componentes no proteicos de los enzimas) necesarios para la contracción de las células musculares. El ATP proporciona la energía, tal como se describe más arriba, pero ¿qué hace el calcio? El calcio se requiere para dos proteínas, la troponina y la tropomiosina, que regulan la contracción muscular mediante el bloqueo de la unión de la miosina a la actina filamentosa (Figura 5). 

En un sarcómero en reposo, la tropomiosina bloquea la unión de la miosina a la actina. En la analogía superior de los estantes de tracción, la tropomiosina se pondrá en el camino de la mano mientras trataba de sostener la cuerda de actina. Para que la miosina se una a la actina, la tropomiosina debe girar alrededor de los filamentos de actina para exponer los sitios de unión a la miosina. En 1994, William Lehman y sus colegas demostraron cómo la tropomiosina gira estudiando la forma de la actina y la miosina, ya sea en soluciones ricas en calcio o soluciones que contengan calcio bajo (Lehman, Craig, y Vibertt 1994). Mediante la comparación de la acción de la troponina y la tropomiosina bajo estas dos condiciones, encontraron que la presencia de calcio es esencial para el mecanismo de contracción. Específicamente, la troponina (la proteína más pequeña) desplaza la posición de la tropomiosina y la mueve lejos de los sitios de unión a miosina en la actina, para desbloquear de forma efectiva el sitio de unión (Figura 4). Una vez que los sitios de unión a la miosina están expuestos, y si hay presente suficiente ATP, la miosina se une a la actina para comenzar el ciclismo a través del puente. Entonces se acorta el sarcómero y el músculo se contrae. En ausencia de calcio, no se produce esta unión, por lo que la presencia de calcio libre es un importante regulador de la contracción muscular.

Preguntas sin resolver

Entendemos completamente la contracción muscular? Los científicos todavía tienen curiosidad acerca de varias proteínas que influyen claramente en la contracción muscular, y estas proteínas son interesantes porque están bien conservadas a través de las especies animales. Por ejemplo, moléculas como la titina, una proteína «elástica» inusualmente larga y que abarca sarcómeros en los vertebrados, parece unirse a la actina, pero no se conocen bien. Además, los científicos han hecho muchas observaciones de las células musculares que se comportan de maneras que no coinciden con el conocimiento actual de las mismas. Por ejemplo, algunos músculos en moluscos y artrópodos generan la fuerza durante largos períodos, un fenómeno poco entendido a veces llamado «captura-tensión» o histéresis de fuerza (Hoyle, 1969). El estudio de estos y otros ejemplos de cambios musculares (plasticidad) son vías interesantes para la exploración por los biólogos. En última instancia, esta investigación puede ayudarnos a comprender mejor y tratar a los sistemas neuromusculares y comprender mejor la diversidad de este mecanismo en nuestro mundo natural.

Resumen

La contracción muscular ofrece a los animales una gran flexibilidad, lo que permite que se muevan de manera exquisita. Los cambios moleculares que dan lugar a la contracción del músculo se han conservado en la evolución en la mayoría de los animales. Mediante el estudio de los sarcómeros, la unidad básica de control de los cambios en la longitud muscular, los científicos propusieron la teoría del filamento deslizante para explicar los mecanismos moleculares que subyacen a la contracción muscular. Dentro del sarcómero, la miosina se desliza a lo largo de la actina para contraer la fibra muscular en un proceso que requiere ATP. Los científicos también han identificado muchas de las moléculas implicadas en la regulación de las contracciones musculares y comportamientos motrices, incluyendo el calcio, la troponina y la tropomiosina. Esta investigación nos ayudó a aprender cómo los músculos pueden cambiar su manera de producir movimientos.

Referencias y lecturas recomendadas

---

Clark, M. Milestone 3 (1954): modelo de deslizamiento de filamentos para la contracción muscular. Correderas filamentos musculares.Nature Reviews Molecular Biología Celular 9 , S6-S7 (2008) doi: 10.1038/nrm2581.

Goody, RS El eslabón perdido en el ciclo de los puentes cruzados muscular. Nature Structural Molecular Biology 10 , 773-775 (2003) doi: 10.1038/nsb1003-773.

Hoyle, G. Aspectos comparativos de músculo. Revisión Anual de Fisiología 31 , 43-82 (1969) doi: 10.1146/annurev.ph.31.030169.000355.

Huxley, HE & Hanson, J. Cambios en el cruce de las estrías de los músculos durante la contracción y el estiramiento y su interpretación estructural Nature 173 , 973-976 (1954) doi: 10.1038/173973a0.

Huxley, AF & Niedergerke, R. Los cambios estructurales en el músculo durante la contracción: Interferencia de microscopía de las fibras musculares que viven. Naturaleza 173 , 971-973 (1954) doi: 10.1038/173971a0.

Hynes, TR et al. Movimiento de fragmentos de miosina in vitro:. Dominios que intervienen en la producción de fuerza Célula 48 , 953-963 (1987) Doi: 10.1016/0092-8674 (87) 90704-5.

Lehman, W., Craig, R. & Vibertt, P. movimiento de Ca2 + inducida por la tropomiosina en Limulus . filamentos delgados reveladas por la reconstrucción en tres dimensiones Naturaleza 368 , 65-67 (1994) doi: 10.1038/368065a0.

Lorand, L. «adenosina trifosfato transphosphorylase-creatina» como el factor de relajación muscular. Naturaleza 172 , 1181-1183 (1953) doi: 10.1038/1721181a0.

Spudich, JA El balanceo modelo puentes cruzados de miosina. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2 , 387-392 (2001) doi: 10.1038/35073086.

Sliding teoría del filamento, Sarcómero, la contracción muscular, la miosina | Aprender Ciencias de Scitable.

Una herramienta microscópica para analizar el cerebro | Neurociencia

• Se trata de un chip que registra la actividad neuronal y libera fármacos
• Es flexible y biocompatible, por lo que se puede usar por mucho tiempo

Cada vez son más los estudios que utilizan electrodos en el cerebro para tratar o evaluar determinadas patologías, como la neuroestimulación para el Parkinson, la depresión o la anorexia. Sin embargo, hasta ahora no había ningún dispositivo que permitiera insertar simultáneamente microelectrodos y canales para liberar fármacos, algo que ha logrado desarrollar un equipo multidisciplinar de varios centros españoles.

Las patologías relacionadas con el cerebro y el sistema nervioso son las más prevalentes en el mundo desarrollado. Además, a medida que va envejeciendo la población, la incidencia de Alzheimer, Parkinson u otras enfermedades aumenta (por ejemplo los problemas mentales ya afectan a unas 1.000 millones de personas).

Debido a esto, el estudio del cerebro se ha mostrado como foco de interés tanto en Estados Unidos como en Europa. Barack Obama anunciaba hace poco un plan para financiar proyectos que desarrollen tecnologías para registrar la actividad neuronal, lo que supondrá unos 2.000 millones de euros en 10 años. De la misma manera, la Comisión Europea ha concedido una dotación de 1.000 millones de euros para el proyecto ‘Human brain’, en el que participan 15 países de la UE, entre ellos España.

El estudio del ‘órgano gris’ se realizará desde diferentes ámbitos como la realidad virtual, la computación y la tecnología. Precisamente, en este último es en donde se ubica este proyecto realizado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), del Centro de Investigaciones Tecnológicas Ikerlan y del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón de la Universidad de Zaragoza. Se trata de unasonda microscópica flexible y biocompatible, menos invasiva que los microelectrodos de silicio usados habitualmente en neuromedicina.

«En muchos casos, la detección de la epilepsia, el Parkinson y el Alzheimer sólo puede realizarse a través de electrodos implantados de forma semicrónica en el cerebro de los pacientes. Las tecnologías empleadas para ello deben ser, por ello, lo menos invasivas posible y garantizar una respuesta biocompatible, así como la integridad de los circuitos neuronales adyacentes al implante», explica en un comunicado la investigadora del CSIC en el Instituto Cajal, Liset Menéndez de la Prida, coordinadora científica del proyecto.

Una revolución

En la actualidad, existen chip de silicio que permiten poner muchos electrodos en el cerebro, pero tienen varios problemas. Por un lado, son frágiles y, al mismo tiempo, son rígidos lo que genera, con el tiempo, un daño en el cerebro que termina creando tejido fibroso a su alrededor. Esto finalmente termina invalidando el dispositivo.

«Nosotros hemos elaborado un sustrato blando, flexible, y biocompatible en el que se pueden meter muchos electrodos y en el que además se incorporan canales que permiten pasar líquidos, como fármacos, que van directamente al cerebro», señala a ELMUNDO.es Rosa Villa, investigadora del CSIC en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona.

De momento, sólo lo han implantado en ratones (en el núcleo dorsal del cerebro) a los que además de registrar su actividad neuronal, les han insertado a través de esta sonda fármacos para generarles brotes epilépticos. «Queríamos comprobar que el dispositivo registraba adecuadamente estos focos epilépticos y que el sistema iba bien», aclara Villa, y así lo constataron en un estudio publicado en la revista ‘Lab on a Chip’.

El chip se colocará en una zona u otra del cerebro, en función de la enfermedad que se pretenda estudiar. La cirugía es muy fácil, afirma Villa, es como clavar una aguja para lo que hay que abrir mínimamente el hueso. Una vez en el interior, el chip tiene un conector de salida, también de tamaño reducido, en donde se conectarán los cables para recoger la actividad cerebral. «Se está estudiando hacerlo por telemetría, es decir, que se puedan sacar las señales por radiofrecuencia, pero esto no está todavía desarrollado», aclara la investigadora de Barcelona.

El siguiente paso de este proyecto es encontrar empresas que quieran fabricar esta tecnología. De momento, ya hay una interesada en hacer las primeras unidades. «A veces cuando se tienen los primeros prototipos llegan empresas multinacionales y apuestan por ellos. Ya veremos», declara Villa.

Una herramienta microscópica para analizar el cerebro | Neurociencia | elmundo.es.

Tejidos vegetales – Atlas de Histología Vegetal y Animal

Del Atlas de Histología Vegetal y Animal cuyo link colgué en el blog hace algunos días os pongo algunas microfotografías para que veáis que NO TODAS se parecen a las de vuestros textos.

Acostumbraos a ver características de cada tejido y comprobad si se repiten, para empezar. Suerte, no es difícil!

Conexiones neuronales – BrainFacts.org

Una vez que las neuronas llegan a su destino final, deben hacer las conexiones adecuadas para que una función particular, como la visión o la audición, pueda emerger.

Las neuronas son las células dentro del sistema nervioso que transmiten la información a otras células nerviosas, musculares o células de la glándula. La mayoría de las neuronas tienen un cuerpo celular, un axón, dendritas y. El cuerpo de la celda contiene el núcleo y el citoplasma. El axón se extiende desde el cuerpo celular y a menudo da lugar a muchas ramas más pequeñas antes de terminar en los terminales nerviosos. Las dendritas se extienden desde el cuerpo celular neuronal y recibir mensajes de otras neuronas. Las sinapsis son los puntos de contacto en los que una neurona se comunica con otra. Las dendritas se cubre con las sinapsis formadas por los extremos de los axones de otras neuronas. Ilustración de Lydia V. Kibiuk, Baltimore, MD; Stuart Devon, Harrisburg, PA

A diferencia de la inducción, proliferación y migración, que se producen internamente durante el desarrollo fetal, las siguientes fases del desarrollo del cerebro son cada vez más dependientes de las interacciones con el medio ambiente. Después del nacimiento y más allá, las actividades por las que se escucha una voz, respondiendo a un juguete, e incluso la reacción provocada por la temperatura en la sala principal dependen de más conexiones entre las neuronas.

Las neuronas se interconectan a través de (1) el crecimiento de dendritas-extensiones del cuerpo celular que reciben señales de otras neuronas y (2) el crecimiento de axones-extensiones de la neurona que puede transportar señales a otras neuronas. Los axones habilitan las conexiones entre las neuronas a distancias considerables, a veces en el lado opuesto del cerebro, en desarrollo. En el caso de las neuronas motoras, el axón puede viajar desde la médula espinal hasta el fondo de un músculo del pie.

Los conos de crecimiento, ampliaciones en la punta del axón, exploran activamente el medio ambiente, ya que buscan su destino exacto. Los investigadores han descubierto muchas moléculas especiales que ayudan a guiar el crecimiento de los conos. Algunas moléculas se encuentran en las células con las que los conos de crecimiento entran en contacto, mientras que otros son liberados a partir de fuentes encontradas cerca del cono de crecimiento. 

Los conos de crecimiento, a su vez, llevan moléculas que sirven como receptores para las señales ambientales. La unión de las señales particulares con los receptores le dice al cono de crecimiento si se debe seguir adelante, detenerse, retroceder o cambiar de dirección. Estas moléculas de señalización incluyen proteínas con nombres como netrina, semaforina y ephrina. En la mayoría de casos se trata de familias de moléculas relacionadas, por ejemplo, los investigadores han identificado por lo menos quince semaforinas y de efrinas al menos nueve.

Tal vez el hallazgo más notable es que la mayoría de estas proteínas son comunes a muchos organismos de gusanos, insectos y mamíferos, incluyendo seres humanos. Cada familia de proteínas es menor en las moscas o los gusanos que en los ratones o humanos, pero sus funciones son bastante similares. Como resultado de ello, ha sido posible utilizar los animales como modelos experimentales más simples para obtener el conocimiento que se puede aplicar directamente a los seres humanos. 

Por ejemplo, la netrina primero fue descubierta en un gusano y mostró guiar neuronas alrededor de los anillos nerviosos (ganglios en anillo). Más tarde se encontraron netrinas de vertebrados guiando los axones alrededor de la médula espinal de mamíferos. Los receptores para netrinas se encontraron entonces en los gusanos, un descubrimiento que resultó ser muy valioso en la búsqueda de los correspondientes, y afines, receptores humanos.

Una vez que los axones alcanzan sus objetivos, forman conexiones con otras células en las sinapsis. En la sinapsis, la señal eléctrica del axón enviar se transmite por neurotransmisores químicos a las dendritas que reciben de otra neurona, donde puede provocar o prevenir la generación de una nueva señal. La regulación de esta transmisión en las sinapsis y la integración de las aportaciones de los miles de sinapsis que cada neurona recibe son responsables de la asombrosa capacidad de procesamiento de información del cerebro.

Para que el procesamiento se produzca correctamente, las conexiones deben ser muy específicas. La especificidad surge de los mecanismos que guían cada axón a su área de destino apropiado. Moléculas adicionales median en el reconocimiento del objetivo cuando el axón de la neurona elige la diana adecuada. A menudo también median la parte apropiada de la diana una vez que el axón llega a su destino. Durante los últimos años, varias de estas moléculas de reconocimiento han sido identificadas. Las dendritas también participan activamente en el proceso de iniciar el contacto con los axones y las proteínas de reclutamiento para el lado «post-sináptico» de la sinapsis.

Los investigadores han logrado identificar formas en las que la sinapsis se distinguen una vez que se ha establecido contacto. La pequeña porción del axón que contacta con la dendrita se especializa para la liberación de neurotransmisores, y la pequeña porción de la dendrita que recibe el contacto esté especializada para recibir y responder a la señal. Moléculas especiales pasan entre el envío y recepción de estas células para asegurar que el contacto se forma correctamente y que las especializaciones de envío y recepción se corresponden con mucha precisión. 

Estos procesos garantizan que la sinapsis puede transmitir señales de forma rápida y eficaz. Finalmente, todavía otras moléculas coordinan la maduración de la sinapsis después de que se ha formado de modo que pueda adaptarse a los cambios que se producen cuando nuestros cuerpos maduran y cambian de comportamiento. Los defectos en algunas de estas moléculas se cree ahora que provocan en la gente susceptible desórdenes como el autismo. La pérdida de otras moléculas puede subyacer en la degradación de las sinapsis que se produce durante el envejecimiento.

Una combinación de señales también determina el tipo de neurotransmisores que una neurona utilizan para comunicarse con otras células.

Leer más en Making Connections  BrainFacts.org.

Diferenciación celular – Wikipedia

La diferenciación celular es el proceso, en virtud del cual, las células de un linaje celular concreto (el linaje celular se determina en el momento de la formación del embrión) sufren modificaciones en su expresión génica, para adquirir la morfología y las funciones de un tipo celular específico y diferente al resto de tipos celulares del organismo.

Cualquier célula que presente capacidad de diferenciación es lo que se denomina célula madre. Éstas pueden clasificarse según su capacidad de diferenciación en totipotentes, pluripotentes, multipotentes y unipotentes. En los mamíferos, solo el cigoto y las células embrionarias jóvenes son totipotentes, mientras que en las plantas y hongos, muchas células son totipotentes. Los últimos avances científicos están consiguiendo inducir células animales diferenciadas a ser totipotentes.

Introducción

En la inmensa mayoría de los organismos pluricelulares, todas las células no son idénticas. Por ejemplo, las células que forman la piel en el ser humano son diferentes de las células que componen los órganos internos. Sin embargo, todos los diferentes tipos celulares derivan de una sola célula inicial o cigoto, procedente de la fecundación de un óvulo por un espermatozoide, gracias a la diferenciación celular. La diferenciación es un mecanismo mediante el cual una célula no especializada sufre modificaciones citológicas, dando lugar a los numerosos tipos celulares que forman el cuerpo como los miocitos (células musculares), los hepatocitos (células del hígado) o incluso las neuronas (células del sistema nervioso).

Durante la diferenciación, ciertos genes son expresados mientras que otros son reprimidos. Este proceso es intrínsecamente regulado gracias a distintos mecanismos de regulación de la expresión genética de las células. Así, la célula diferenciada expresará ciertos genes y adquirirá determinadas funciones.

La diferenciación metabólica, la sensibilidad a ciertas señales y la expresión de genes. Todos estos aspectos pueden ser modificados durante la diferenciación. En citopatología, el nivel de diferenciación celular es utilizado como una medida de la progresión de un cáncer.

Hipótesis sobre el mecanismo de diferenciación celular

Hasta la década de 1950, se planteaban dos posibles hipótesis que podrían explicar la diferenciación celular en los organismos pluricelulares. Una de ellas, es que a partir del embrión, los distintos tipos celulares perdían genes, regiones de su genoma, de forma que en el individuo adulto los distintos tipos celulares presentaran distinto genoma. La otra, defendía que manteniendo todos los tipos celulares el mismo genoma, existía una expresión diferencial de los distintos genes según el tipo celular.

A finales de los años 1950, Frederick Stewart cultivó células individuales de zanahoria en un medio con nutrientes y varias hormonas de crecimiento. El resultado es que algunas de ellas dieron lugar a zanahorias adultas completas. De esta forma se descartaba la hipótesis de la pérdida de material genético según el tipo celular

Diagrama de la división y diferenciación celular de la célula madre. A – célula madre; B – célula del progenitor; C – célula diferenciada; 1 – división simétrica de la célula madre , 2 – división asimétrica de la célula madre, 3 – división de la célula del progenitor; 4 – diferenciación terminal.

Mecanismos generales de control de la diferenciación celular

Como cualquier proceso celular, la diferenciación celular se debe a reacciones bioquímicas que tienen lugar en el interior de la célula, y está promovida por complejas cascadas de señalización.

Cabe destacar la importancia de las sustancias denominadas morfógenos. Éstos son sustancias, normalmente proteínas que aparecen en un gradiente de concentración en la célula o en el medio que la rodea, de forma que controla el destino durante la diferenciación. Estos morfógenos serán clave en la señalización que lleve a la expresión de unos u otros genes.

La diferenciación celular, al igual que otros tantos procesos celulares, están controlados por mecanismos de regulación génica como control genómico, control transcripcional, control posttranscripcional, control traduccional y control posttraduccional.

Importancia de la impronta genómica

La impronta genómica es la expresión diferencial del alelo paterno o materno de un mismo gen debido simplemente a su procedencia. Este fenómeno juega un importante papel en el proceso de diferenciación celular.

Un ejemplo claro del importante papel que juega este fenómeno en la diferenciación celular se puede observar en el trabajo de J.A. Uranga (1994).

La partenogénesis es un fenómeno por el cuál algunos animales pueden reproducirse sin contribución de gametos masculinos. Sin embargo, a diferencia de animales inferiores, en mamíferos la impronta genómica juega un papel muy importante y que se traduce en la inactivación de algunos genes.

Durante la implantación es donde se produce una gran mortandad de los embriones mamíferos activados partenogénicamente. J.A. Uranga utilizó un método de activación partenogénica que permite que la proporción de embriones partenogénicos que superan la implantación y llegan a la etapa de blastocito fuera similar al de embriones fecundados normalmente, y analizó las manifestaciones más tempranas de la impronta y su significado a nivel citológico y molecular.

Se observó que, aunque las exigencias metabólicas eran similares, en partenogénesis se inhibe la proliferación celular, de forma que el número de células es menor que en embriones fecundados.

Además se comprobó que existía una desregulación en la expresión de las citoqueratinas ya que se expresaban en las células indiferenciadas del interior del blastocito, cosa que no sucedía en los embriones fecundados. Este error en la expresión proteica se asocia a algún factor de origen paterno que inhibe la diferenciación de estas células.

vía Diferenciación celular – Wikipedia, la enciclopedia libre.