Científicos de Heidelberg han creado retinas completas a partir de células madre de peces óseos
Todas las células extraídas de un solo embrión de pez se agregaron en la placa de Petri del laboratorio, hasta dar forma a una gran retina en 24 horas. En cuestión de unos días, se formar0n capas de diferentes tipos de células que también se encuentran en el ojo del pez, incluidas las células fotorreceptoras, las células bipolares, las células amacrinas y las células ganglionares.
Un equipo de investigación del Centro de Estudios de Organoides (COS) de la Universidad de Heidelberg ha demostrado que se puede cultivar tejido retiniano complejo en una placa de Petri a partir de células madre embrionarias de peces óseos.
Las células madre de mamíferos, incluidos los humanos, se han utilizado en la investigación y desarrollo de numerosos organoides. Recientemente publicábamos la investigación con minicerebros de laboratorio que han desarrollado de forma espontánea las estructuras que dan lugar a los ojos. El minicerebro fue cultivado en laboratorio por Jay Gopalakrishnan, investigador del Hospital Universitario de Düsseldorf (Alemania), y el estudio se ha publicado en la prestigiosa revista Cell Stemm Cell.
Ahora, por primera vez, investigadores dirigidos por el profesor Dr. Joachim Wittbrodt, de la universidad de Heidelberg, han demostrado que las células madre de los peces pueden formar estructuras neuronales especializadas, entre ellas, las que dan forma a la base del ojo, la retina.
Los resultados de la investigación se han publicado en la revista “eLife”.
https://elifesciences.org/articles/66998
Comparación lado a lado de la retina emergente en el embrión de pez y en el organoide retiniano cultivado en una placa de Petri. Diferentes colores marcan la vesícula óptica con células progenitoras retinianas (magenta – imagen izquierda, rojo – imagen central), progenitoras del epitelio pigmentado retiniano y prosencéfalo (cian – imagen central) y tipos de células retinianas emergentes (verde – imagen derecha). Crédito de la imagen: Adaptado de Zilova, Weinhardt, et al., ELife 2021, 10: e66998, CC BY 4.0
Células madre de un pez chino
El experimento se ha llevado a cabo con células madre de medaka, un pez de origen Chino que vive en las aguas de los arrozales, y de pez cebra, el más común en los laboratorios de todo el mundo.
Las células madre de ambas especies llegaron a formar estructuras neuronales altamente organizadas en condiciones de laboratorio controladas. Entre otras cosas, los investigadores esperan obtener nuevos conocimientos sobre los mecanismos básicos del desarrollo de la retina.
Imitación de órganos reales
Los organoides son fragmentos de tejido que se cultivan a partir de células madre y se parecen a los órganos reales. Se utilizan en la investigación básica para obtener información sobre la organización celular y el desarrollo de órganos, para investigar el origen de enfermedades y para desarrollar y probar nuevos medicamentos.
«Podemos manipular los mecanismos moleculares y genéticos de la formación de la retina, igual que si fuéramos ingenieros»
“La principal ventaja de los organoides de los peces es que son altamente reproducibles, a diferencia de los organoides de las células madre de mamíferos. Se desarrollan de forma fiable y muy rápida y permiten una comparación directa con los embriones vivos que en los peces crecen fuera del útero «, explica el profesor Wittbrodt, que dirige el grupo de investigación de fisiología animal y biología del desarrollo en el COS. «Podemos manipular los mecanismos moleculares y genéticos de la formación de la retina, igual que si fuéramos ingenieros».
La Dra. Lucie Zilova, investigadora postdoctoral en el grupo de Joachim Wittbrodt comenta que: “Logramos cultivar las células madre de peces óseos de tal manera que experimentaron un asombroso proceso de desarrollo en poco menos de una semana. Al final, teníamos una estructura retiniana compleja «.
Todas las células extraídas de un solo embrión se agregaron de forma independiente en una gran retina en 24 horas. En cuestión de unos días, formó capas de diferentes tipos de células que también se encuentran en el ojo de pez, incluidas las células fotorreceptoras, las células bipolares, las células amacrinas y las células ganglionares
Según la Dra. Zilova, todas las células extraídas de un solo embrión se agregaron de forma independiente en una gran retina en 24 horas. En cuestión de unos días, formó capas de diferentes tipos de células que también se encuentran en el ojo de pez, incluidas las células fotorreceptoras, las células bipolares, las células amacrinas y las células ganglionares. “El proceso de crecimiento demostró ser increíblemente eficiente”, afirma el investigador. Se podrían generar cientos de pequeños organoides de retina en un día. El alto rendimiento permitió a los investigadores aislar con precisión las condiciones en las que se forman estructuras que se asemejan a una cabeza con dos ojos, incluidos el cerebro y la retina.
«Sin embargo, el hecho de que una estructura organoide se parezca a una retina no significa que las células se comporten y crezcan como lo harían en un embrión vivo», añade la Dra. Venera Weinhardt, otra postdoctorada de COS.
Los investigadores de Heidelberg también notaron que los organoides de medaka y pez cebra evolutivamente diferentes son bastante similares. Eso les lleva a creer que los mecanismos moleculares y genéticos del desarrollo temprano del ojo se han mantenido a lo largo de la evolución en diferentes especies e independientemente de las influencias ambientales a las que están expuestas las células embrionarias durante su desarrollo. Si las células madre embrionarias en un cultivo pueden formar otras estructuras organoides además de la retina sigue siendo una pregunta abierta.
La financiación para el estudio se proporcionó a través del Programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, la Fundación Alemana de Investigación y la Fundación Carl Zeiss.
Información bibliográfica completa
Zilova, V. Weinhardt, T. Tavhelidse, C. Schlagheck, T. Thumberger, J. Wittbrodt: Las células pluripotentes embrionarias primarias de los peces se ensamblan en tejido retiniano que refleja el desarrollo ocular temprano in vivo, eLife (12 de julio de 2021), https: / /doi.org/10.7554/eLife.66998
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