Un nuevo estudio permite a los investigadores formar de manera más eficiente células cardíacas humanas a partir de células madre
Las células cardíacas humanas cultivadas en el laboratorio son una herramienta poderosa para comprender y posiblemente tratar enfermedades cardíacas. Sin embargo, los métodos para producir células cardíacas humanas a partir de células madre pluripotentes no son óptimos. Afortunadamente, un nuevo estudio de la Universidad de Wisconsin-Madison Centro de Células Madre y Medicina Regenerativa proporciona información clave que ayudará a los investigadores a cultivar células cardíacas a partir de células madre.
La investigación, publicada recientemente en eLife, investiga el papel de las proteínas de la matriz extracelular (ECM) en la generación de células cardíacas derivadas de células madre pluripotentes humanas (hPSC). La ECM llena el espacio entre las células, proporcionando soporte estructural y regulando la formación de tejidos y órganos. Con una mejor comprensión de la ECM y su impacto en el desarrollo cardíaco, los investigadores podrán cultivar de manera más eficiente las células del músculo cardíaco, llamadas cardiomiocitos, que podrían ser útiles para la reparación cardíaca, la regeneración y la terapia celular.
“El impacto de la ECM en la generación de cardiomiocitos hPSC se ha ignorado en gran medida”, dice Jianhua Zhang, investigador principal del Stem Cell and Regenerative Medicine Center. «Cuanto mejor comprendamos cómo funcionan los factores solubles y las proteínas ECM en el cultivo celular y la diferenciación, más nos acercaremos a nuestros objetivos».
Investigadores como Zhang han buscado mejorar la diferenciación de hPSC en cardiomiocitos, o la capacidad de tomar hPSC, que pueden autorrenovarse indefinidamente en cultivo mientras conservan la capacidad de convertirse en casi cualquier tipo de célula en el cuerpo humano y convertirlas en músculo cardíaco. células. Para estudiar el papel de la ECM en la promoción de esta diferenciación cardíaca de las hPSC, Zhang probó una variedad de proteínas para ver su impacto en el crecimiento y la diferenciación de las células madre, en particular, proteínas de la ECM, incluidas laminina-111, laminina-521, fibronectina y colágeno.
“Nuestro estudio mostró que las proteínas de la MEC desempeñan un papel importante en la adhesión, el crecimiento y la diferenciación cardíaca de las hPSC. Y la fibronectina juega un papel esencial y es indispensable en la diferenciación de las hPSC cardíacas”, dice Zhang. «Al comprender las funciones de la ECM, este estudio ayudará a desarrollar métodos y protocolos más sólidos para la generación de hPSC-CM. Además, este estudio ayuda no solo en el campo de la diferenciación cardíaca, sino también en otras diferenciaciones de linaje.
Aunque el nuevo estudio proporciona información importante sobre el desarrollo de las células del corazón, se basa en un estudio de 2012 Zhang lideró quien investigó la forma más eficiente de desarrollar la diferenciación de células madre cardíacas.
«Este estudio es en realidad un artículo de seguimiento del método Matrix Sandwich que desarrollamos para la diferenciación cardíaca eficiente de las hPSC», dice Zhang. “Para hacer crecer las células madre, necesitábamos una capa de ECM en la parte inferior de la placa. De lo contrario, las células madre no se unirían a la placa. Luego agregaríamos otra capa de ECM encima de las células madre en crecimiento y descubrimos que esto ayudó a promover la diferenciación más eficiente.
Si bien estaba claro que este método de capas, o sándwich, diferenciaba de manera más eficiente y reproducible los cardiomiocitos hPSC, los investigadores no entendieron completamente por qué. El nuevo estudio explica por qué las capas de la ECM son cruciales e identifica a la fibronectina como una proteína clave de la ECM en el desarrollo de los cardiomiocitos hPSC.
«La parte más emocionante de este estudio es que ahora entiendo por qué funcionó el método Matrix Sandwich. Pudimos identificar la fibronectina y sus receptores de integrina y las vías de señalización aguas abajo en este estudio», dice Zhang. «Con una mejor comprensión de los roles de la MEC en el crecimiento de células madre y la diferenciación cardíaca, ahora esperamos investigar las funciones de la fibronectina y otras proteínas de la MEC en la promoción del trasplante de cardiomiocitos hPSC para la terapia celular».
El siguiente paso podría ayudar a los investigadores a aprovechar todo el potencial del uso de cardiomiocitos hPSC para el modelado de enfermedades, la detección de fármacos, la regeneración cardíaca y la terapia celular. Esto es muy significativo para Zhang, quien comenzó a trabajar en la investigación cardiovascular hace más de 16 años.
«Me interesé en la investigación con células madre y el corazón cuando comencé a trabajar con células madre y las vi crecer hasta convertirse en células cardíacas latiendo en una placa de cultivo celular bajo un microscopio», dice Zhang. «Fue asombroso. Cada vez me dedico más a esta investigación y realmente veo el potencial de usar tecnologías de células madre para curar enfermedades y mejorar nuestra salud.
