Las células madre embrionarias humanas pueden guiarse para convertirse en el tejido precursor del sistema nervioso central, según ha demostrado una investigación dirigida por la Universidad de Michigan.

El nuevo estudio también revela el importante papel de las señales mecánicas en el desarrollo del sistema nervioso humano.

Si bien el estudio del desarrollo embrionario con embriones de animales puede proporcionar información útil sobre lo que sucede durante el desarrollo humano, los embriones humanos crecen de manera diferente, incluso en esta etapa temprana.

"Existe una necesidad crítica de establecer modelos de desarrollo embrionario que usen células humanas.

No solo pueden mejorar nuestra comprensión fundamental del desarrollo humano, sino que también son esenciales para la medicina regenerativa y para probar la seguridad de las drogas y los productos químicos que las mujeres embarazadas pueden necesitar o encontrar. ", dijo Jianping Fu, profesor asociado de ingeniería mecánica, que ha estado supervisando la investigación.

"Por primera vez, podemos utilizar células madre embrionarias humanas para desarrollar un modelo sintético de patrón de neuroectodermo, el evento embrionario que inicia la formación del cerebro y la médula espinal en el embrión humano".

En los humanos, las células que posteriormente se diferenciarán en el sistema nervioso central (incluyendo el cerebro y la médula espinal) se conocen como la placa neural, mientras que las que se interponen entre la placa y las futuras células de la piel se denominan borde de la placa .

La placa neuronal se pliega sobre sí misma unos 28 días después de la concepción, convirtiéndose en el tubo neural, y el borde a ambos lados se fusiona a lo largo de su longitud. Cuando el tubo neural no se cierra correctamente, típicamente produce parálisis o muerte.

"Las causas exactas de los defectos del tubo no están claras, y actualmente no existe una cura para ellas.

Los factores ambientales, como ciertos medicamentos que toman las mujeres embarazadas, pueden jugar un papel en la aparición de defectos del tubo l", dijo Fu.

En el nuevo estudio

el equipo de investigación de Fu organizó células madre embrionarias humanas en colonias circulares de células con formas y tamaños definidos.

Las células fueron expuestas a productos químicos conocidos para convencerlos de que se diferenciaran en células neuronales. Durante el proceso de diferenciación, las células en colonias circulares se organizaron con células de placas neurales en el medio y células del borde de la placa en un anillo alrededor del exterior.

"Dado que todas las células de una colonia microestratificada están en el mismo entorno químico, es sorprendente ver las células diferenciarse de manera autónoma en diferentes células y organizarse en un patrón multicelular que imita el desarrollo humano", dijo Xufeng Xue, un estudiante de doctorado en mecánica ingeniería trabajando en el grupo de investigación de Fu.

El equipo de Fu

observó que las células en la colonia circular se volvieron más densamente compactadas en el medio de la colonia, donde se convirtieron en células de la placa neural, frente al borde de la colonia, donde se convirtieron en células del borde de la placa . Sospechando que las señales mecánicas pueden afectar su diferenciación, colocaron células madre embrionarias humanas únicas en puntos adhesivos de diferentes tamaños.

En el mismo entorno químico, las células madre embrionarias humanas individuales cultivadas en lugares más grandes comenzaron a señalar eventos dentro de las células que los llevaron a convertirse en células del borde de la placa neural. Estos eventos de señalización se inhibieron en células madre confinadas en puntos más pequeños.

El equipo también desarrolló un sistema para estirar las células en el medio de una colonia. Respondiendo a esta señal mecánica, las células en el medio de una colonia se diferenciaron en células del borde de la placa neural, en lugar de las células de la placa neural en el centro de una colonia ordinaria .

"Si bien muchos modelos actuales atribuyen el patrón de los tejidos embrionarios a gradientes químicos o migración celular, nuestros resultados muestran que estos factores pueden no ser los únicos", dijo Yubing Sun, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Fu y ahora profesor asistente de mecánica y ingeniería industrial en la Universidad de Massachusetts. Sun es el primer autor del artículo.

El estudio, titulado, "Patrones embrionarios guiados por mecanismos de tejido de neuroectodermo de células madre pluripotentes humanas ", se publica en Nature Materials .

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