Investigadores crean el primer mapa completo del desarrollo de células madre sanguíneas humanas

Los científicos y colegas de la UCLA han creado una hoja de ruta única en su tipo que rastrea cada paso en el desarrollo de células madre sanguíneas en el embrión humano, brindando a los científicos un plan para producir células madre sanguíneas completamente funcionales en el laboratorio.

La investigación, publicada hoy en la revista Naturalezapodría ayudar a expandir las opciones de tratamiento para los cánceres de la sangre como la leucemia y los trastornos sanguíneos hereditarios como la enfermedad de células falciformes, dijo la Dra. Hanna Mikkola del Centro Eli and Edythe Broad de Medicina Regenerativa e Investigación de Células Madre en UCLA, quien dirigió el estudio.

Las células madre sanguíneas, también llamadas células madre hematopoyéticas, tienen la capacidad de hacer copias ilimitadas de sí mismas y de diferenciarse en todo tipo de células sanguíneas en el cuerpo humano. Durante décadas, los médicos han utilizado células madre sanguíneas de la médula ósea de donantes y del cordón umbilical de recién nacidos en tratamientos de trasplante que salvan vidas para enfermedades sanguíneas e inmunitarias. Sin embargo, estos tratamientos están limitados por la escasez de donantes compatibles y obstaculizados por la baja cantidad de células madre en la sangre del cordón umbilical.

Los investigadores han tratado de superar estas limitaciones al intentar crear células madre sanguíneas en el laboratorio a partir de células madre pluripotentes humanas, que potencialmente pueden dar lugar a cualquier tipo de célula en el cuerpo. Pero el éxito ha sido esquivo, en parte porque los científicos carecían de las instrucciones para hacer que las células cultivadas en laboratorio se diferenciaran en células madre sanguíneas que se renuevan a sí mismas en lugar de células progenitoras sanguíneas de vida corta, que solo pueden producir tipos limitados de células sanguíneas.

«Nadie ha logrado producir células madre sanguíneas funcionales a partir de células madre pluripotentes humanas porque no sabíamos lo suficiente sobre la célula que intentábamos generar», dijo Mikkola, profesor de biología molecular, celular y del desarrollo en la Universidad de UCLA. y miembro del Centro Oncológico Integral Jonsson de la UCLA.

La nueva hoja de ruta ayudará a los investigadores a comprender las diferencias fundamentales entre los dos tipos de células, lo cual es fundamental para crear células que sean adecuadas para su uso en terapias de trasplante, dijo el científico de la UCLA Vincenzo Calvanese, coautor de la investigación, junto con Sandra de la UCLA. Capellera-García y Feiyang Ma.

«Ahora tenemos un manual sobre cómo se fabrican las células madre hematopoyéticas en el embrión y cómo adquieren las propiedades únicas que las hacen útiles para los pacientes», dijo Calvanese, quien también es líder de grupo en el University College London. Los datos anonimizados están disponibles al público en el sitio web Atlas del desarrollo de células madre hematopoyéticas humanas.

El equipo de investigación, que incluía a científicos de la Universidad de Tübingen de Alemania y del Instituto de Investigación Infantil Murdoch de Australia, creó el recurso utilizando secuenciación de ARN de una sola célula y transcriptómica espacial, nuevas tecnologías que permiten a los científicos identificar las redes y funciones genéticas únicas de miles de células individuales. y para revelar la ubicación de estas células en el embrión.

Los datos hacen posible el seguimiento de las células madre sanguíneas a medida que emergen del endotelio hemogénico y migran a través de varios lugares durante su desarrollo, comenzando desde la aorta y finalmente llegando a la médula ósea. Es importante destacar que el mapa revela hitos específicos en su proceso de maduración, incluida su llegada al hígado, donde adquieren las habilidades especiales de las células madre sanguíneas.

Para explicar el proceso de maduración, Mikkola compara las células madre sanguíneas inmaduras con los aspirantes a cirujanos. Así como los cirujanos deben pasar por diferentes etapas de capacitación para aprender a realizar cirugías, las células madre sanguíneas inmaduras deben moverse a través de diferentes lugares para aprender a hacer su trabajo como células madre sanguíneas.

El grupo de investigación también identificó el precursor exacto en la pared de los vasos sanguíneos que da origen a las células madre sanguíneas. Este descubrimiento aclara una controversia de larga data sobre el origen celular de las células madre y el entorno que se necesita para producir una célula madre sanguínea en lugar de una célula progenitora sanguínea.

Ahora que los investigadores han identificado firmas moleculares específicas asociadas con las diferentes fases del desarrollo de células madre sanguíneas humanas, los científicos pueden usar este recurso para ver qué tan cerca están de producir células madre sanguíneas trasplantables en el laboratorio.

«Anteriormente, si intentábamos crear una célula madre sanguínea a partir de una célula pluripotente y no se trasplantaba, no sabríamos en qué punto del proceso fallamos», dijo Mikkola. «Ahora, podemos colocar las células en nuestra hoja de ruta para ver dónde estamos teniendo éxito, dónde nos estamos quedando cortos y ajustar el proceso de diferenciación de acuerdo con las instrucciones del embrión».

Además, el mapa puede ayudar a los científicos a comprender cómo las células formadoras de sangre que se desarrollan en el embrión contribuyen a la enfermedad humana. Por ejemplo, proporciona la base para estudiar por qué algunos cánceres de la sangre que comienzan en el útero son más agresivos que los que ocurren después del nacimiento.

«Ahora que hemos creado un recurso en línea que los científicos de todo el mundo pueden usar para guiar su investigación, el verdadero trabajo está comenzando», dijo Mikkola. «Es un momento realmente emocionante para estar en el campo porque finalmente vamos a ver los frutos de nuestro trabajo».