{"id":255771,"date":"2018-05-07T18:21:27","date_gmt":"2018-05-07T21:21:27","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=255771\/"},"modified":"2018-05-07T18:23:46","modified_gmt":"2018-05-07T21:23:46","slug":"los-jardines-colgantes-de-las-celulas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/los-jardines-colgantes-de-las-celulas\/","title":{"rendered":"Los jardines colgantes de las c\u00e9lulas"},"content":{"rendered":"
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L\u00e9o Ramos Chaves <\/span><\/a> Placa para cultivo en 3D frente a estructuras mostradas en el monitor del microscopioL\u00e9o Ramos Chaves <\/span><\/p><\/div>\n

Si las c\u00e9lulas de la nariz poseen la misma informaci\u00f3n gen\u00e9tica que las de los dedos, \u00bfpor qu\u00e9 no sentimos el olor de las p\u00e1ginas de la revista por el mero acto de hojearlas? Con cuestionamientos similares, relacionados con el modo en que las c\u00e9lulas que poseen el mismo material gen\u00e9tico asumen formas y ejecutan funciones tan diferentes, la bioqu\u00edmica iran\u00ed-estadounidense Mina J. Bissell, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en Estados Unidos, resolvi\u00f3 \u201cpensar fuera de la c\u00e9lula\u201d hace m\u00e1s de tres d\u00e9cadas. En lugar de estudiar los genes para develar los misterios del c\u00e1ncer, se concentr\u00f3 en la matriz extracelular, formada por elementos fluidos y fibrosos que suministran las condiciones para el crecimiento y la diferenciaci\u00f3n de las c\u00e9lulas. Tras una serie de descubrimientos que validaron y ampliaron la empresa, Bissell y su equipo obtuvieron im\u00e1genes in\u00e9ditas que confirman la existencia de filamentos de prote\u00ednas que conectan directamente el n\u00facleo de la c\u00e9lula con el ambiente extracelular. \u201cResulta alentador haber visto esto por primera vez\u201d, declar\u00f3 por tel\u00e9fono a Pesquisa FAPESP<\/em>.<\/p>\n

La raz\u00f3n de este entusiasmo reside que el descubrimiento de una conexi\u00f3n directa del n\u00facleo con el microambiente de la c\u00e9lula puede derivar en una nueva comprensi\u00f3n acerca de las influencias del medio externo en el comportamiento celular. La caracterizaci\u00f3n de estas estructuras apareci\u00f3 en enero en la revista Journal of Cell Science<\/em>.<\/p>\n

Situado en la parte interna de las c\u00e9lulas y, seg\u00fan se cre\u00eda, aislado f\u00edsicamente del mundo exterior, el n\u00facleo aloja los genes y se comunica con el organismo por v\u00edas qu\u00edmicas: mol\u00e9culas que atraviesan las barreras de las membranas y llegan al material nuclear o activan cadenas de reacciones qu\u00edmicas que influyen en su funcionamiento.<\/p>\n

\u201cMientras estamos ac\u00e1 conversando, nuestros 70 billones de c\u00e9lulas entablan un constante di\u00e1logo con aquello que las rodea \u2013la matriz extracelular\u2013, intercambiando se\u00f1ales entre el n\u00facleo y el microambiente\u201d, coment\u00f3 Bissell, en referencia a lo que envuelve a las c\u00e9lulas en el organismo vivo. Ya se sab\u00eda que esta conversaci\u00f3n entre el n\u00facleo y la matriz transcurre mediante interacciones entre mol\u00e9culas, que pueden reprogramar las c\u00e9lulas o alterar su comportamiento. La novedad reside en la conexi\u00f3n f\u00edsica.<\/p>\n

Los cient\u00edficos \u2013entre ellos el brasile\u00f1o Alexandre Bruni-Cardoso, del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IQ-USP)\u2013 lograron ver esos filamentos porque combinaron distintas t\u00e9cnicas de microscop\u00eda de luz y electr\u00f3nica y m\u00e1s de 15 mil im\u00e1genes de diferentes puntos de c\u00e9lulas mamarias, registrando en detalle el n\u00facleo celular atravesado por t\u00faneles. Dentro de \u00e9stos, los filamentos de prote\u00ednas se extienden hasta la membrana de la c\u00e9lula, anclada en la matriz extracelular. \u201cEstos cables del citoesqueleto conectan la parte externa de la c\u00e9lula con el n\u00facleo\u201d, dice Bruni-Cardoso, quien en 2014 culmin\u00f3 una pasant\u00eda de posdoctorado en el laboratorio de Bissell.<\/p>\n

Para caracterizar detalladamente a los filamentos, tambi\u00e9n echaron mano de una t\u00e9cnica a\u00fan poco explotada, pero que permite investigar las relaciones de la c\u00e9lula con el medio que la rodea: el cultivo tridimensional (en 3D) de c\u00e9lulas.<\/p>\n

\"\"<\/a>Una coneci\u00f3n directa<\/strong>
\nEn una placa de Petri, aquel recipiente achatado que se utiliza para realizar los cultivos de microorganismos y de c\u00e9lulas, puede que el cient\u00edfico no logre avanzar en el cultivo de las c\u00e9lulas mucho m\u00e1s all\u00e1 de su proliferaci\u00f3n. Sucede que, en esa estructura bidimensional, \u00e9stas forman una capa plana como la propia placa, algo significativamente distinto a lo que ocurre en el organismo. \u201cLa vida es en 3D y tambi\u00e9n lo es la biolog\u00eda. Para reproducir la arquitectura de las c\u00e9lulas, cuya importancia se vuelve a\u00fan m\u00e1s evidente frente al descubrimiento de que existen conexiones f\u00edsicas entre la informaci\u00f3n gen\u00e9tica existente en el n\u00facleo celular y el microambiente, se necesita m\u00e1s\u201d, afirma Bruni-Cardoso.<\/p>\n

Esta conexi\u00f3n de prote\u00ednas que forman filamentos y unen la parte exterior de la c\u00e9lula con su interior ya hab\u00eda sido propuesta por Bissell en la d\u00e9cada de 1980, cuando acu\u00f1\u00f3 el concepto de \u201creciprocidad din\u00e1mica\u201d: la c\u00e9lula recibe el influjo de se\u00f1ales externas y, a su vez, afecta al medio que se encuentra a su alrededor. La investigadora, una de las pioneras en el cultivo de c\u00e9lulas en 3D, sosten\u00eda que la forma que adquiere el tejido (su arquitectura) tambi\u00e9n constituye una fuente de informaci\u00f3n y es un componente del microambiente.<\/p>\n

En la investigaci\u00f3n que realiz\u00f3 en colaboraci\u00f3n con Bissell, Bruni-Cardoso trabaj\u00f3 con c\u00e9lulas de la gl\u00e1ndula mamaria humana en cultivo en 3D. En lugar de estar dispuestas sobre una placa, las mismas crecen dentro de un gel rico en laminina, una mol\u00e9cula de adherencia celular presente en el microambiente del organismo vivo. Al estar suspendidas y envueltas en estructuras que mimetizan el microambiente celular, las c\u00e9lulas son capaces de dividirse, organiz\u00e1ndose en una estructura que se asemeja mucho a los \u00e1cinos, las unidades funcionales de las gl\u00e1ndulas mamarias encargadas de la producci\u00f3n de leche durante la lactancia.<\/p>\n

Al observar lo que sucede dentro de ese gel, ocupado por c\u00e9lulas organizadas similares a las del tejido vivo, los investigadores pretenden comprender el rol de los filamentos en las interacciones entre el n\u00facleo celular y el microambiente.<\/p>\n

El cultivo en 3D debe mucho a los trabajos que precedieron al descubrimiento de los filamentos en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. A mediados de la d\u00e9cada de 1980, Mina Bissell logr\u00f3 que c\u00e9lulas mamarias en cultivo se diferenciasen y produjesen leche. \u201cObservamos el funcionamiento de la gl\u00e1ndula mamaria, y toda la armon\u00eda que existe entre la forma y la funci\u00f3n, y entonces pensamos: \u00a1Que estructura hermosa! \u00bfC\u00f3mo se organizan las c\u00e9lulas de esa forma para producir leche y hacer que la misma llegue hasta los pezones, de donde el beb\u00e9 la succionar\u00e1?\u201d, record\u00f3.<\/p>\n

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Alexandre Bruni-Cardoso\/ USP <\/span><\/a> Estructura mamaria in vitro<\/em> vista mediante microscop\u00eda de fluorescenciaAlexandre Bruni-Cardoso\/ USP <\/span><\/p><\/div>\n

Los investigadores entonces documentaron con un microscopio electr\u00f3nico la gl\u00e1ndula mamaria de una hembra de rat\u00f3n al comienzo de la gestaci\u00f3n. Estaba todo all\u00ed: durante la lactancia, la leche es producida por las c\u00e9lulas de los alv\u00e9olos y se acumula en las cavidades de esas estructuras y dentro de los conductos galact\u00f3foros: toda una arquitectura abocada a la producci\u00f3n y la distribuci\u00f3n de esa secreci\u00f3n nutritiva.<\/p>\n

Bissell y su equipo intentaron cultivar las c\u00e9lulas de la gl\u00e1ndula mamaria en placas de Petri. Depositadas sobre la superficie plana, son incapaces de asumir la morfolog\u00eda observada in vivo<\/em>, e incluso cuando reciben las hormonas que inducen la producci\u00f3n de leche, en tres d\u00edas pierden la funci\u00f3n. La investigadora experiment\u00f3 entonces el cultivo de las c\u00e9lulas en un material viscoso que imped\u00eda su contacto con la superficie. Para lograrlo, le a\u00f1adi\u00f3 al cultivo aquello que hab\u00eda observado en las fotograf\u00edas y que, hasta ese momento, se cre\u00eda que era tan s\u00f3lo un soporte de la estructura celular: la matriz. \u201cEn aproximadamente cuatro d\u00edas pudimos repetir la muletilla de una propaganda gubernamental entonces famosa en Estados Unidos: \u201cYes<\/em>, we have milk<\/em>\u2019 [s\u00ed, tenemos leche].\u201d<\/p>\n

Dimensiones in vitro<\/em><\/strong>
\nPunto a favor de la tridimensionalidad del ambiente donde se cultivaron las c\u00e9lulas. \u201cAl observar la histolog\u00eda de la gl\u00e1ndula mamaria se ve claramente que hay muchas cosas del lado de afuera y que la matriz extracelular comprende una buena parte del \u00f3rgano\u201d, dice Bruni-Cardoso. En un cultivo bidimensional, pr\u00e1cticamente el 50% de la superficie de la c\u00e9lula se encuentra en contacto con el pl\u00e1stico o el vidrio de la placa de Petri y la otra mitad lo est\u00e1 con el medio de cultivo, que es el l\u00edquido con los nutrientes y todos los elementos que necesita para proliferar y permanecer viva. \u201cEn tanto, en el modelo en 3D, la mayor parte de la superficie de una c\u00e9lula est\u00e1 en contacto con otras c\u00e9lulas y con la matriz\u201d, explica el investigador.<\/p>\n

La b\u00fasqueda de modelos que simulen de manera m\u00e1s aproximada la situaci\u00f3n in vivo<\/em> fue lo que llev\u00f3 al desarrollo de organoides obtenidos con base en c\u00e9lulas reprogramadas de pacientes con distintos trastornos cerebrales. Las investigaciones con los llamados minicerebros creados en laboratorio, tambi\u00e9n suspendidos en una matriz rica en laminina, estimularon una serie de avances en la comprensi\u00f3n de distintos aspectos del funcionamiento del cerebro humano, entre ellos, la reciente descripci\u00f3n minuciosa de la composici\u00f3n qu\u00edmica y de la distribuci\u00f3n de micronutrientes y minerales durante el desarrollo fetal. Este trabajo, publicado en febrero en la revista PeerJ<\/em>, se realiz\u00f3 en el Instituto D\u2019Or de Pesquisa e Ensino (Idor) en colaboraci\u00f3n con los institutos de Ciencias Biom\u00e9dicas y de F\u00edsica de la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ) y con el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotr\u00f3n (LNLS), en Campinas.<\/p>\n

Antes, los minicerebros cobraron relieve por haber aportado a la comprensi\u00f3n de la relaci\u00f3n entre la infecci\u00f3n por el virus del Zika y la microcefalia (lea en<\/em> Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 252<\/em><\/a>). Cient\u00edficos del Idor y de la UFRJ infectaron esas estructuras con el virus y verificaron que el mismo fue capaz de infectar y matar c\u00e9lulas madre neuronales, provocando alteraciones dr\u00e1sticas en el desarrollo de los organoides cerebrales y comprobando la relaci\u00f3n directa entre la infecci\u00f3n y la malformaci\u00f3n.<\/p>\n

Hasta el momento del cultivo de los minicerebros, la investigaci\u00f3n de nutrientes cerebrales se hac\u00eda en tejido cerebral humano post mortem<\/em>. Con los cultivos en 3D de los organoides cerebrales mimetizando diferentes estadios de la formaci\u00f3n del cerebro, fue posible comprender la din\u00e1mica de los nutrientes durante el desarrollo neurol\u00f3gico. Los resultados muestran que la concentraci\u00f3n y la distribuci\u00f3n de micronutrientes est\u00e1n directamente relacionadas con el estadio de desarrollo. Los autores las describieron en dos momentos distintos: en uno inicial, de intensa proliferaci\u00f3n celular, durante los primeros 30 d\u00edas, y en un segundo momento, cuando las c\u00e9lulas comienzan a convertirse en neuronas y se organizan en capas (al 45\u00ba d\u00eda).<\/p>\n

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Ana Zen\/ USP, en microscopio de superresoluci\u00f3n Leica TCS SP8 STED3X<\/span><\/a> Filamentos (en verde<\/em>) atraviesan la c\u00e9lula y conectan el n\u00facleo (en azul<\/em>) con la matriz extracelularAna Zen\/ USP, en microscopio de superresoluci\u00f3n Leica TCS SP8 STED3X<\/span><\/p><\/div>\n

\u201cSe trata de un ejemplo de organizaci\u00f3n tridimensional que s\u00f3lo se observa en el tejido humano, y en ning\u00fan otro tipo de cultivo que no sea el organoide\u201d, dice Stevens Rehen, investigador del Instituto de Ciencias Biom\u00e9dicas de la UFRJ y del Idor. La combinaci\u00f3n de ese modelo de cultivo con la radiaci\u00f3n sincrotr\u00f3n, que permite describir micronutrientes hasta los \u00e1tomos que los componen, permiti\u00f3 comprender en profundidad importantes aspectos del desarrollo y caracterizar mejor el proceso de formaci\u00f3n de esos\u00a0 organoides cerebrales, ya que los mismos poseen conexiones que obedecen a la anatom\u00eda natural.<\/p>\n

Los nutrientes que observaron los investigadores son esenciales para la formaci\u00f3n adecuada del cerebro. La falta de algunos de ellos durante el desarrollo prenatal est\u00e1 relacionada con d\u00e9ficits de memoria y trastornos psiqui\u00e1tricos tales como la esquizofrenia. De acuerdo con Rehen, el objetivo actual es utilizar los minicerebros para entender su din\u00e1mica en casos de trastornos cuyas alteraciones de nutrientes ya se han descrito.<\/p>\n

Para Mina Bissell, se trata de un mundo nuevo por conocer. \u201cSecuenciamos el genoma humano, sabemos mucho sobre los genes, sobre su lenguaje y su alfabeto, pero a\u00fan conocemos muy poco o nada de la forma, a no ser que la forma y la funci\u00f3n interact\u00faan de manera din\u00e1mica y rec\u00edproca. Una no prescinde de la otra y los cient\u00edficos no podemos considerar una sin la otra.\u201d<\/p>\n

La investigadora hace menci\u00f3n a un poema del irland\u00e9s Willian Butler Yeats (1865-1939) para ilustrar el razonamiento que la llev\u00f3 a establecer este m\u00e9todo importante para la comprensi\u00f3n de la vida en su unidad m\u00e1s elemental. \u201cOh, cuerpo mecido a m\u00fasica \/ Oh, vislumbre cautivante\/ \u00bfC\u00f3mo separar la danza del danzante?\u201d, dice el poema. \u201cMientras que un bailar\u00edn danza, es bailar\u00edn y es la propia danza; en el instante que para, no hay ninguno de los dos. As\u00ed sucede con la forma y la funci\u00f3n. As\u00ed es la vida desde su porci\u00f3n m\u00e1s b\u00e1sica.\u201d<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nJORGENS, D. M. et al.<\/em> Deep nuclear invaginations are linked to cytoskeletal filaments \u2013 integrated bioimaging of epithelial cells in 3D culture<\/a>. Journal of Cell Science. <\/strong>v. 130, n. 1, p. 177-89. 1\u00ba ene. 2017.
\nSARTORE, R. C. et al.<\/em> Trace elements during primordial plexiform network formation in human cerebral organoids<\/a>. PeerJ<\/strong>. 8 feb. 2017.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Cultivos en 3D preservan las funciones de las c\u00e9lulas en laboratorio","protected":false},"author":556,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[305,319],"coauthors":[1515],"class_list":["post-255771","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisiologia-es","tag-neurociencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/255771","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/556"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=255771"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/255771\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=255771"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=255771"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=255771"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=255771"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}