Un atlas y un organoide prenatal de la piel humana permitirá desarrollar aplicaciones para la medicina regenerativa de la piel
La piel es el órgano más grande del cuerpo humano y, por suerte para nosotros, se regenera. Sin embargo hay ocasiones en las que Por primera vez, unos investigadores han creado un atlas unicelular de la piel humana prenatal para comprender cómo se forma la piel y qué es lo que falla en las enfermedades y en el proceso de cicatrización.
Investigadores del Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Newcastle y sus colaboradores utilizaron la secuenciación unicelular y otras técnicas genómicas para crear el atlas y descubrir cómo se forma la piel humana, incluidos los folículos pilosos. Estos conocimientos podrían utilizarse para crear nuevos folículos pilosos en medicina regenerativa y trasplantes de piel para víctimas de quemaduras.
En el estudio, publicado en Nature, el equipo también creó un «mini órgano» de piel en una placa con capacidad para hacer crecer pelo. Utilizando el organoide, demostraron que las células inmunitarias desempeñan un papel importante en la reparación de la piel sin cicatrices, lo que podría dar lugar a aplicaciones clínicas para prevenir la formación de cicatrices tras una intervención quirúrgica o la cicatrización sin cicatrices tras una herida.
Xenio de piel humana. Imagen que muestra algunos genes de interés seleccionados. Cian = células madre. Naranja = queratinocitos. Verde y morado = células inmunitarias. Crédito: Instituto Wellcome Sanger
Como parte del Atlas Celular Humano, que está cartografiando todos los tipos celulares del cuerpo humano para transformar la comprensión de la salud y la enfermedad, los investigadores proporcionan una «receta» molecular para construir la piel y un nuevo modelo de organoide para estudiar las enfermedades cutáneas congénitas.
La piel tiene una superficie media de dos metros cuadrados. Proporciona una barrera protectora, regula nuestra temperatura corporal y puede regenerarse por sí misma. La piel se desarrolla en el entorno estéril del útero, con todos los folículos pilosos formados antes del nacimiento; tras el nacimiento se produce un ciclo folicular, pero no se forman nuevos folículos. Antes del nacimiento, la piel tiene la capacidad única de cicatrizar sin dejar cicatrices.
Ha sido muy difícil estudiar cómo se desarrolla la piel humana, ya que los modelos animales presentan diferencias clave. Como parte del Atlas Celular Humano, un equipo de investigadores se centra en estudiar cómo se construye la piel humana. Comprender cómo se desarrolla la piel, dónde se encuentran las células en el espacio y el tiempo y el papel de la genética ayudará a revelar cómo determinadas mutaciones causan trastornos cutáneos congénitos, como los trastornos ampollosos y la piel escamosa.
En este nuevo estudio, investigadores del Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Newcastle y sus colaboradores crearon el primer atlas unicelular y espacial de la piel prenatal humana.
El equipo utilizó muestras de tejido cutáneo prenatal2, que descompusieron para observar células individuales en suspensión, así como células en su lugar dentro del tejido. Los científicos utilizaron técnicas como la secuenciación unicelular y la transcriptómica espacial para analizar los genes de las células individuales en el espacio y el tiempo, así como los cambios celulares que regulan el desarrollo de la piel y el folículo piloso. Describieron los pasos que describen cómo se forman los folículos pilosos humanos e identificaron las diferencias con los folículos pilosos de ratón.
Utilizando células madre adultas, los investigadores también crearon un «mini órgano» de piel en una placa, conocido como organoide, con capacidad para hacer crecer pelo. Compararon las características moleculares de los organoides cutáneos con la piel prenatal y descubrieron que el modelo de organoide cutáneo se parecía más a la piel prenatal que a la piel adulta.
Cambio de medio de crecimiento en organoides de piel, trabajo de laboratorio en el Instituto Wellcome Sanger. Greg Moss / Instituto Wellcome Sanger
El equipo descubrió que los vasos sanguíneos no se formaban en el organoide cutáneo tan bien como en la piel prenatal. Al añadir células inmunitarias conocidas como macrófagos al organoide, descubrieron que los macrófagos fomentaban la formación de vasos sanguíneos, y el equipo realizó imágenes en 3D para evaluar la formación de vasos sanguíneos dentro del tejido.
Se sabe que estas células inmunitarias protegen la piel de las infecciones. Sin embargo, es la primera vez que se demuestra que los macrófagos desempeñan un papel clave en la formación de la piel humana durante el desarrollo temprano al favorecer el crecimiento de vasos sanguíneos. Esto ofrece una opción para mejorar la vascularización de otros organoides tisulares.
El equipo también analizó las diferencias de tipos celulares entre la piel prenatal y la piel adulta. Mostraron cómo los macrófagos desempeñan un papel importante en la reparación cutánea sin cicatrices en la piel prenatal, lo que podría dar lugar a aplicaciones clínicas para evitar la formación de cicatrices tras una intervención quirúrgica o una herida.
Como resultado de este estudio, el equipo aporta una «receta» molecular de cómo se construye la piel humana y cómo se forman los folículos pilosos. Estos conocimientos podrían utilizarse en la creación de nuevos folículos pilosos para la medicina regenerativa, por ejemplo para trasplantes de piel en víctimas de quemaduras o con alopecia cicatricial.
El atlas prenatal de la piel humana también se utilizará para identificar en qué células están activos, o expresados, los genes que se sabe causan trastornos congénitos del cabello y la piel, como los trastornos ampollosos y la piel escamosa. Los investigadores descubrieron que los genes implicados en estos trastornos se expresan en la piel prenatal, lo que significa que se originan en el útero. Los organoides cutáneos creados en este estudio ofrecen un modelo nuevo y preciso para estudiar estas enfermedades.
En palabras de la Dra. Elena Winheim, coautora del estudio y miembro del Instituto Wellcome Sanger: «Con nuestro atlas prenatal de la piel humana, hemos proporcionado la primera ‘receta’ molecular para fabricar piel humana y hemos descubierto cómo se forman los folículos pilosos humanos antes del nacimiento. Estos conocimientos tienen un potencial clínico asombroso y podrían utilizarse en medicina regenerativa, al ofrecer trasplantes de piel y pelo, por ejemplo para víctimas de quemaduras o con alopecia cicatricial».
Por su parte, la Dra. Hudaa Gopee, coautora del estudio y profesora de la Universidad de Newcastle, afirmó: «Nos entusiasma haber creado un modelo organoide de piel al que le crece pelo. En este proceso, hemos descubierto una nueva e importante función de las células inmunitarias en el fomento del crecimiento de los vasos sanguíneos en el tejido cutáneo en desarrollo, lo que podría ayudar a mejorar otros modelos de organoides». Estas células inmunitarias, llamadas macrófagos, también parecen desempeñar un papel clave en la reparación cutánea sin cicatrices en la piel prenatal. Nuestros hallazgos podrían servir de base a avances clínicos para evitar las cicatrices tras la cirugía».
La profesora Muzlifah Haniffa, coautora principal y jefa interina de Genética Celular del Instituto Wellcome Sanger, ha declarado: «Nuestro atlas de piel humana prenatal y nuestro modelo de organoide proporcionan a la comunidad investigadora herramientas de libre acceso para estudiar las enfermedades congénitas de la piel y explorar las posibilidades de la medicina regenerativa. Estamos avanzando a pasos agigantados hacia la creación del Atlas Celular Humano, la comprensión de los pasos biológicos de cómo se construyen los seres humanos y la investigación de lo que falla en las enfermedades».
REFERENCIA
A human prenatal skin cell atlas reveals immune cell regulation of skin morphogenesis
Imagen principal: Tinción de segmentación celular de piel humana utilizando el panel de anticuerpos de segmentación celular xenium. Rosa = membrana celular. Azul = núcleos. Amarillo/verde = tinción celular interna. Crédito: Instituto Wellcome Sanger
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