Todos los mamíferos tienen glándulas mamarias que producen lecheuna característica que ha fascinado a los científicos durante muchos años. Preguntas como por qué evolucionaron las glándulas mamarias en primer lugar, cómo se han adaptado en diferentes especies y qué presiones evolutivas únicas dieron forma a su desarrollo siguen en gran medida sin respuesta.
Para investigar cómo diversas especies han desarrollado soluciones únicas a los desafíos biológicos, Mi equipo al Laboratorio Rauner de la Facultad de Medicina de la Universidad de Tufts es Recreando la diversidad de mamíferos en un plato a través de versiones en miniatura de glándulas mamarias: organoides. Estos modelos pueden arrojar luz sobre el procesos biológicos fundamentales detrás de la producción de leche, la regeneración de tejidos y las primeras etapas del desarrollo del cáncer de mama.
¿Qué son los organoides?
Los organoides son estructuras en miniatura, 3D Se cultivan en una placa de cultivo celular que imita la estructura y la función de los órganos reales. Estos modelos se crean guiando a las células madre, que tienen la capacidad única de diferenciarse en varios tipos de células, para formar tipos específicos de células orgánicas.
Si bien no son réplicas en miniatura exactas de órganos de tamaño natural, los organoides contienen suficientes células y arquitectura de tejido para recrear el entorno y las funciones clave del órgano que modelan. Por ejemplo, un organoide de glándula mamaria o organoide de tejido mamario están compuestos por pequeños conductos alargados que terminan en una estructura esférica, imitando los conductos lácteos y los alvéolos del tejido de la glándula.
Los organoides son una herramienta poderosa para la investigación biomédica porque ofrecen una representación tridimensional de la estructura y la función de un órgano. A diferencia de los cultivos celulares tradicionales en 2D, los organoides pueden imitar la complejidad de los tejidos reales, incluida su arquitectura y los diversos tipos de células. Esto permite a los investigadores estudiar procesos biológicos complejos, como el desarrollo de tejidos, la regeneración y la progresión de enfermedades, en un entorno controlado, al tiempo que se reduce la dependencia de modelos animales.
Diversidad de mamíferos en un plato
Investigadores tienen tradicionalmente organoides usados para modelar enfermedades humanas, probar fármacos y estudiar la biología del desarrollo. Sin embargo, su potencial se extiende mucho más allá de estas aplicaciones, en particular en el campo de la Biología evolutiva.
Mi investigación se centra en generar organoides de glándulas mamarias a partir de una variedad de especies de mamíferos. Los mamíferos son increíblemente diversos y cada especie está adaptada a una amplia gama de entornos y estilos de vida. La glándula mamaria, esencial para nutrir a las crías, exhibe variación significativa entre especies.
Por ejemplo, Monotremas como el ornitorrinco y el equidna Pertenecen a una clase única y antigua de mamíferos. Los monotremas se separaron de otros grupos de mamíferos hace aproximadamente 190 millones de años y se distinguen por sus métodos reproductivos: ponen huevos en lugar de dar a luz a un bebé vivo. Sus glándulas mamarias son marcadamente diferentes de las de los mamíferos euterios, como las vacas y los humanos, que tienen pezones; los monotremas, en cambio, secretan leche a través de pelos mamarios especializados.
Los científicos creen que diferentes presiones ambientales y estrategias reproductivas han impulsado la evolución de diversas formas de lactanciaSin embargo, los mecanismos exactos y las vías evolutivas aún son en gran parte desconocidos. Al comparar organoides de estas diversas especies, los investigadores pueden arrojar luz sobre cómo estas estructuras antiguas han evolucionado y se han adaptado a lo largo de millones de años para satisfacer las necesidades reproductivas de diferentes animales.
Perspectivas más allá de la glándula mamaria
El estudio de las propiedades únicas de la glándula mamaria también puede arrojar luz sobre otras áreas de la biología y la medicina.
Por ejemplo, la glándula mamaria es capaz de regenerarse con cada ciclo de reproducción y lactancia, lo que lo convierte en un excelente Modelo para estudiar la regeneración de tejidos.Con los organoides, los investigadores pueden observar el proceso de regeneración en tiempo real e investigar cómo han evolucionado las diferentes especies para mantener esta capacidad regenerativa. Comprender los mecanismos detrás de la regeneración podría conducir a avances en medicina regenerativaun campo que se centra en reparar o reemplazar tejidos y órganos dañados en afecciones como enfermedades cardíacas, diabetes y lesiones.
Los organoides mamarios también pueden ayudar con cáncer de mama Investigación. Estudio de organoides mamarios de especies que rara vez desarrollan tumores de mamacomo las vacas y los cerdos, podrían descubrir mecanismos de protección potenciales y fundamentar nuevas estrategias para la prevención y el tratamiento del cáncer de mama en personas. Los organoides también proporcionan una plataforma para estudiar los eventos tempranos de la formación de tumores y el entorno celular que contribuye al desarrollo del cáncer.
Los organoides también permiten a los científicos estudiar el inicio, la duración y el cese de la lactancia en diferentes especies. El proceso de lactancia Varía ampliamente entre los mamíferosinfluenciada por factores como los cambios hormonales y las condiciones ambientales. Algunos mamíferos tienen formas únicas de lactancia. Por ejemplo, marsupiales como el Ualabí de Tammar Puede producir dos tipos de leche simultáneamente para satisfacer las necesidades nutricionales de las crías en diferentes etapas de desarrollo, un fenómeno conocido como lactancia concurrente asincrónica. Además, el Lobo marino Puede mantener la lactancia a pesar de largos periodos sin amamantar.
El estudio de diferentes tipos de lactancia a través de organoides mamarios puede proporcionar conocimientos más profundos sobre cómo se regula la lactancia, revelando adaptaciones evolutivas que podrían aclarar la biología de la lactancia humana y mejorar las estrategias de producción de leche del ganado en la agricultura.
El potencial de la tecnología organoides
Los organoides ofrecen varias ventajas con respecto a los modelos animales tradicionales. Por un lado, proporcionan un entorno controlado para estudiar procesos biológicos complejos y permiten a los científicos realizar múltiples pruebas simultáneamente. Aumentar la eficiencia de la investigación.
También reducen las preocupaciones éticas asociadas con la investigación con animales. Los organoides pueden generarse a partir de animales que son No disponible para investigación en vivocomo especies raras o en peligro de extinción.
Además, los organoides pueden modificarse genéticamente para investigar genes y vías específicos, proporcionando conocimientos más profundos sobre los mecanismos moleculares subyacentes a la biología de la glándula mamaria.
Si bien los organoides son una herramienta poderosa, son No sin limitacionesNo pueden reproducir por completo la complejidad de los tejidos vivos, y los hallazgos de los estudios con organoides deben validarse en sujetos vivos. A pesar de estos obstáculos, los avances en la tecnología de organoides continúan ampliando los límites de lo posible y ofrecen nuevas oportunidades para explorar la diversidad y la evolución de los mamíferos.
Al recrear la diversidad de tejidos de mamíferos en un plato, los investigadores pueden obtener información importante sobre cómo han evolucionado diferentes especies para resolver desafíos biológicos, con el potencial de beneficiar la salud humana, la agricultura y la ciencia de la nutrición.
Este artículo se vuelve a publicar desde La conversaciónuna organización de noticias independiente y sin fines de lucro que le ofrece datos y análisis confiables para ayudarlo a comprender nuestro mundo complejo. Fue escrito por: Gat Rauner, Universidad de Tufts
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Gat Rauner recibió financiación del Programa de Investigación sobre el Cáncer de Mama del Departamento de Defensa.
