Esta investigación, recientemente publicada en línea en la revista 'Cell Reports', marca la primera demostración de que los folículos capilares se pueden cultivar en cultivos de células madre. El estudio fue dirigido por Karl Koehler, PhD, profesor asistente de otorrinolaringología, cirugía de cabeza y cuello en la Escuela de Medicina de IU, y becario postdoctoral en su laboratorio, Jiyoon Lee, PhD.
"La piel es un órgano complejo que ha sido difícil de recrear y mantener completamente en la cultura con fines de investigación", dijo el líder de la investigación Karl Koehler, quien explica más en un blog. "Nuestro estudio muestra cómo alentar el desarrollo del cabello a partir de la piel de ratón cultivada en el laboratorio, lo que ha sido particularmente problemático para los investigadores recrear en la cultura", afirma.
Los hallazgos de Koehler y su equipo se basan en su trabajo anterior para crear una técnica para cultivar células del oído interno a partir de células madre, en la que las células madre de ratón se cultivan en una bola tridimensional y se tratan con moléculas de señalización específicas para convencer a las células tejido del oído. Los investigadores notaron que la piel era un subproducto del proceso de crecimiento del oído interno.
"En el embrión en desarrollo, el oído interno proviene de la misma capa de células que la capa superior de la piel, [la epidermis], por lo que no sorprende que la piel y el tejido del oído interno se formen en tándem", dijo Koehler. "Nos sorprendió descubrir que también se desarrolla la capa inferior de la piel [la dermis]".
En el estudio actual, Koehler y su equipo muestran cómo la epidermis y las células de la dermis forman un grupo de células en forma de esfera, llamado "organoide" de la piel. Las células de los organoides de la piel están organizadas de manera similar a las células de la piel normal, pero de adentro hacia afuera, lo que significa que la capa superior de la piel mira hacia el interior del órgano.
El equipo identificó las condiciones de cultivo que permitieron que los organoides de la piel avanzaran en las etapas de desarrollo de manera similar a la piel del embrión. "Después de aproximadamente 20 días, nos sorprendió ver que los organoides de la piel brotaron folículos pilosos", dijo Koehler. "Las raíces de los folículos sobresalen de los organoides de la piel en todas las direcciones".
Los investigadores confirmaron que el momento del desarrollo y la expresión de proteínas clave se corresponde estrechamente con el desarrollo de la piel y el cabello en el embrión de ratón.
"Además de los principales tipos de células epidérmicas y dérmicas, también encontramos tipos de células especializadas, como melanocitos [células de pigmento], células de Merkel [células sensibles al tacto], adipocitos [células grasas], células de glándulas sebáceas y células madre del folículo piloso en organoides", dijo Koehler. "Esto es fascinante porque muestra que si derivamos los componentes básicos de la piel en la cultura, entonces estos diversos tipos de células se autoensamblarán por sí mismos".
Jiyoon Lee, primer autor del estudio, dijo que estos hallazgos sirven como un modelo de cómo hacer desde cero todo el órgano de la piel utilizando células madre. "Mi esperanza es que mejorando los modelos de piel en un plato podamos disminuir en gran medida el sacrificio de animales de experimentación y, en última instancia, ayudar a los pacientes con problemas relacionados con la piel a vivir una vida mejor", dijo.
Koehler advierte que hay varios obstáculos técnicos que aún deben superar para que el modelo de organoides cutáneos alcance su máximo potencial como herramienta de descubrimiento de fármacos. Por ejemplo, los organoides de la piel carecen de células inmunes, vasos sanguíneos y terminaciones nerviosas que se encuentran en la piel normal.
"La forma de los organoides de la piel es otro problema que debe abordarse en el futuro", dijo. "Debido a que los organoides están al revés en comparación con la piel normal, las capas de células muertas y pelos no pueden descartarse como lo hacen normalmente, por lo que debemos encontrar la forma de voltear la estructura de los organoides de la piel".
Sin estos cambios, los organoides de la piel tienen una vida útil de aproximadamente un mes, lo que es suficiente para estudiar el desarrollo completo de la piel y el cabello del ratón. Koehler y su equipo están utilizando actualmente los organoides de ratón como plantilla para derivar la piel peluda de células madre pluripotentes humanas.
Este trabajo tiene el potencial de conducir a nuevas técnicas de injerto de piel, que incorporan folículos capilares, y terapias para enfermedades humanas, incluyendo alopecia, acné y cánceres de piel.
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