Diseño de organoides con luz
Los organoides ayudan a los investigadores a comprender los procesos biológicos en la salud y la enfermedad
Parecen nubes de tormenta en formato de cabeza de alfiler: los organoides. Estos cultivos celulares tridimensionales desempeñan un importante papel en la investigación médica y clínica, ya que reproducen las estructuras de los tejidos y las funciones de los órganos en la placa de Petri. Los científicos pueden utilizarlos para entender cómo surgen las enfermedades, se desarrollan los órganos o actúan los fármacos. Con ayuda de las tecnologías unicelulares, penetran hasta el nivel molecular de las células. Gracias a la transcriptómica espacial, pueden incluso observar en 3D qué genes están activos en qué lugar del organoide a lo largo del tiempo.
Los "órganos en miniatura" suelen desarrollarse a partir de células madre. Se trata de células aún no diferenciadas o apenas diferenciadas. Pueden convertirse en cualquier tipo de célula, como células cardíacas o renales, células musculares o neuronas. Los científicos las "alimentan" con factores de crecimiento y las introducen en una solución nutritiva. Allí se agrupan en diminutos conjuntos celulares en los que finalmente funcionan e interactúan como si estuvieran en un tejido real. Hasta ahora, apenas era posible controlar este proceso. Investigadores dirigidos por el profesor Nikolaus Rajewsky, director del Instituto de Biología de Sistemas Médicos de Berlín en el Centro Max Delbrück (MDC-BIMSB), describen ahora en la revista científica Nature Methods una tecnología con la que pueden desencadenarlo, controlarlo y observarlo con resolución espacial y temporal. "Para ello, hemos combinado la transcriptómica espacial con la optogenética", explica el primer autor, el Dr. Ivano Legnini. "Esto nos permite no sólo controlar la expresión génica en células vivas, sino también observar su progresión".
Los sensores de luz activan o bloquean genes
En la optogenética, se insertan en las células "sensores de luz" naturales o producidos artificialmente. Cuando la luz incide sobre los sensores, éstos activan o bloquean genes en las células, dependiendo de cómo estén programadas. Legnini incorporó estos sensores de luz a células precursoras de neuronas desarrolladas a partir de células madre para formar organoides neuronales. Para ello, trabajó con el equipo de la Plataforma Tecnológica de Organoides dirigido por la Dra. Agnieszka Rybak-Wolf y el grupo de Biología de Sistemas de la Diferenciación de Células y Tejidos Neuronales dirigido por el Dr. Robert Patrick Zinzen. Los investigadores querían entender cómo se desarrolla el sistema nervioso en el embrión humano. En este proceso desempeñan un papel clave los morfógenos, moléculas que indican a las células precursoras neuronales si deben convertirse en neuronas de la parte anterior del cerebro o de la parte posterior de la médula espinal, por ejemplo. La combinación de estas moléculas crea patrones típicos de expresión génica durante el desarrollo.
Con la ayuda de la luz, los investigadores activaron uno de estos morfógenos, Sonic-Hedgehog (SHH). Los subsiguientes análisis unicelulares espacialmente resueltos mostraron que las células se organizaban en organoides con patrones típicos. Los investigadores generaron el pulso de luz de dos maneras: con la ayuda de un microscopio láser o con un microscopio digital de microespejos, que el grupo de Rajewsky desarrolló junto con el Dr. Andrew Woehler. En aquel momento, Andrew Woehler dirigía la plataforma de microscopía óptica del Centro Max Delbrück; desde noviembre de 2022, dirige el Departamento de Tecnologías Experimentales del Instituto Médico Howard Hughes en Ashburn (EE.UU.). En este microscopio especial se inserta un chip con varios cientos de miles de espejos diminutos. Se pueden programar para que el microscopio pueda crear patrones complejos de iluminación en una muestra, a diferencia de lo que ocurre con un láser, que solo alcanza un punto cada vez.
Preciso, pero mejorable
"Con nuestro método podemos reproducir con gran precisión en la placa de Petri procesos relacionados con la expresión génica en los tejidos", afirma Ivano Legnini. Desde marzo de este año, ha creado su propio grupo de investigación en la Human Technopole de Milán. Allí, entre otras cosas, quiere mejorar la resolución espacial y temporal de la tecnología y hacerla aplicable a otros organoides.
Nikolaus Rajewsky también quiere seguir perfeccionando el método: "Tengo muchas ganas de trabajar con expertos en optogenética para seguir mejorando la tecnología y aplicarla a modelos de organoides humanos clínicamente relevantes."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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