El innovador sistema ‘pueblo en un plato’ puede acelerar la investigación con células madre

El innovador sistema 'pueblo en un plato' puede acelerar la investigación con células madre

Una nueva y poderosa técnica con células madre ha permitido realizar estudios a gran escala de la relación entre la genética humana y la biología.

El estudio de muestras de células madre de cientos de individuos en la misma placa de cultivo, utilizando un método desarrollado en el Instituto de Investigación Médica Garvan, podría tener un potencial transformador para tratamientos personalizados y el estudio de rasgos humanos complejos.

Las células madre pueden convertirse en muchos tipos de células diferentes en el cuerpo y permitir que los científicos estudien enfermedades y prueben medicamentos en células humanas. Sin embargo, un obstáculo importante es el gasto y el tiempo necesarios, ya que estos estudios requieren muestras de cientos, o incluso miles, de donantes.

El innovador sistema ‘pueblo en un plato’ del equipo de Garvan puede acelerar esta investigación cultivando y estudiando células madre de un gran número de donantes simultáneamente, en el mismo plato de cultivo, lo que hace que los estudios sean hasta 100 veces más eficientes.

Nuestro modelo de aldea proporciona una forma poderosa de comprender cómo las diferencias genéticas entre las personas influyen en la salud y la enfermedad. Aunque compartimos la mayor parte de nuestro ADN, las variaciones en nuestros genes conducen a rasgos y respuestas únicos. El sistema de la aldea captura esta diversidad a gran escala, revelando cómo las diferencias genéticas entre las personas afectan los complejos mecanismos que subyacen a la biología y la enfermedad».

Profesor Joseph Powell, Director de Ciencias Celulares en el Instituto Garvan, Director del Instituto de Futuros de Genómica Celular de la UNSW y autor principal del estudio

Estudios previos en genómica de poblaciones se han basado en una técnica llamada secuenciación de ARN a granel para evaluar la expresión génica, que promedia efectivamente la variada expresión de diferentes tipos de células en una sola medida. Esto enmascara las posibles diferencias entre las células individuales o los tipos de células y puede proporcionar una visión incompleta o sesgada de la expresión génica en la muestra, lo que podría conducir a conclusiones inexactas o engañosas.

Para superar estos desafíos, los investigadores desarrollaron el enfoque de «aldea», donde las células madre de múltiples donantes se cultivan en un solo plato y se analizan utilizando una técnica llamada secuenciación de una sola célula. Sus hallazgos muestran que el método conserva las características clave de las culturas individuales. Esto proporciona una solución eficiente para escalar experimentos a los grandes tamaños de muestra requeridos para dar una imagen precisa de la población.

Un escenario poderoso para el estudio de la biología humana.

El método de la aldea en un plato permite realizar estudios a gran escala de sistemas de órganos humanos que normalmente son inaccesibles. La generación de células específicas de órganos de muchos individuos elimina la necesidad de obtener muestras de tejido vivo de esos órganos de donantes y supera las limitaciones de estudiar solo las células de unos pocos individuos. Por ejemplo, podría revelar información sobre las condiciones cardíacas al generar células cardíacas de miles de personas, lo que sería imposible con el muestreo directo de tejido.

«La investigación médica a menudo se basa en modelos animales, que no son sustitutos fisiológicos perfectos para los humanos. Las células madre pluripotentes inducidas, que se pueden generar a partir de una muestra de sangre del paciente, proporcionan el perfil de ADN completo del paciente y luego se pueden diferenciar en casi cualquier célula. «. tipo en el cuerpo humano. Desde una perspectiva de ciencia básica, el sistema basado en células madre es un medio poderoso para obtener información sobre la relación entre la genética humana y la biología que no se puede lograr con modelos animales», dice el profesor Powell.

Del plato de cultura a la clínica

Este método permitirá ensayos clínicos acelerados para predecir cómo los grupos de pacientes pueden responder a los medicamentos, lo que permitirá el descubrimiento de nuevos tratamientos.

«El potencial traslacional de esta investigación es particularmente convincente. Al estudiar las células de muchos individuos a la vez, podemos identificar los factores genéticos que influyen en la respuesta de la enfermedad y el tratamiento a una escala sin precedentes», dice el Dr. Drew Neavin, primer autor del artículo y científico postdoctoral. en Garvan.

«Un ejemplo es la evaluación de la toxicidad cardíaca o la acumulación de cuerpos de Lewy en la enfermedad de Parkinson en cientos de líneas celulares derivadas de pacientes. En lugar de reflejar individuos individuales, tales estudios revelarían respuestas compartidas y distintas entre grupos genéticos. Los conocimientos luego podrían informar los ensayos clínicos mediante preseleccionar las poblaciones de pacientes que probablemente se beneficiarán. En general, este enfoque podría transformar nuestra capacidad para traducir la ciencia de las células madre en tratamientos de precisión», dice.

El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Es parte de un gran cuerpo de trabajo colaborativo en la intersección de la genómica de población y la investigación con células madre, con socios de investigación de la Universidad de Queensland, la Universidad de Melbourne y el Instituto Menzies.

«Esperamos ver cómo se utiliza nuestro sistema de aldea para obtener conocimientos sin precedentes sobre la base genética de rasgos y enfermedades complejos, que se traduzcan en diagnósticos precisos, tratamientos personalizados y una mejor salud para todos», dice el profesor Powell.

Fuente:

Instituto Garvan de Investigación Médica

Referencia de la revista:

Nevin, DR. et al. (2023). Un pueblo en un sistema modelo de plato para estudios hiPSC a escala de población. Comunicaciones de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41467-023-38704-1

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