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updated 5:10 PM CET, Dec 15, 2017

La tensión hace que el corazón se fortalezca

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regeneración de células del corazón del pez cebra

La dinámica de la regeneración celular en el corazón del pez cebra es inesperada y hermosa

Al tomar vídeos de un diminuto corazón de pez cebra, mientras reconstruía su cobertura en una placa de Petri, los científicos han observado una dinámica inesperada de las células implicadas en la regeneración de tejidos. Descubrieron que el tejido cardíaco empobrecido se regenera en una ola, conducida por un frente de células de rápido movimiento, superpuestas y arrastradas por células más pequeñas que se multiplican para producir otras.

La naturaleza de este frente de ola - y el éxito de la regeneración del tejido que sigue - está determinada por la tensión mecánica que actúa sobre las células. Los resultados indican un nuevo paradigma de cómo pueden dirigir las fuerzas que actúan en los tejidos las decisiones que toman las células para regenerar los tejidos perdidos.

"Nuestros descubrimientos abren caminos para el estudio de la dinámica del ciclo celular en la regeneración del tejido", dijo Jingli Cao, PhD, autor principal del estudio y un becario postdoctoral en el laboratorio de Ken Poss en la Escuela de Medicina de la Universidad de Duke. "Al manipular la tensión mecánica de las células, también podríamos ser capaces de desarrollar nuevos enfoques de bioingeniería o reproducción".

Mientras que el corazón humano no puede curarse completamente después de un ataque del corazón, el corazón del pez cebra puede substituir fácilmente las células perdidas al daño o la enfermedad. Los científicos han pasado muchos años probando los poderes regenerativos de este pequeño pez rayado con la esperanza de descubrir pistas que podrían mejorar la terapia para la enfermedad cardíaca humana.

En 2015, Cao demostró que podía quitar los corazones del pez cebra y cultivarlos en platos en el laboratorio, donde los diminutos órganos de dos cámaras seguían golpeando y actuando como si todavía estuvieran metidos dentro del animal. En este estudio, Cao y sus colegas explotaron este sistema para supervisar la regeneración del epicardio, una fina capa de células que cubren la superficie del corazón.

Los investigadores destruyeron la mayor parte de la capa epicárdica del corazón y luego pusieron los órganos "explantados" bajo el microscopio para capturar la regeneración en acción. Esperaban ver una población de células que habían replicado rápidamente su contenido de ADN y divididas en nuevas células que reponían la superficie del órgano. Aunque estas células desempeñaron definitivamente una parte, no estaban dirigiendo la carga. En su lugar, la regeneración fue liderada por células que replicaron su ADN sin dividir, creando efectivamente células súper grandes con dos veces la maquinaria celular o más.

"Imagina que tienes una herida en la piel y quieres cubrirla lo antes posible, pero no tienes suficientes células", dijo Cao. "Haciendo que las células se vuelvan más grandes, podrían cubrir la herida de manera eficiente. Creemos que esta táctica podría aumentar la capacidad regenerativa de esta población cubriendo la superficie de una manera eficiente".

Los investigadores midieron una serie de propiedades de las células en el frente de la ola regenerativa. Encontraron que las células líderes más grandes migraron a través de la superficie del corazón en velocidades más altas que las células seguidoras más pequeñas. Cuando midieron los niveles de tensión experimentados por las células, encontraron que las células líderes retrocedían más rápido que las células seguidoras cuando se les aplicaban pequeñas incisiones, al igual que la superficie de un globo inflado se retrae después de estallar. Poss dijo que la tensión mecánica parece impedir que las células se dividan después de la replicación del ADN.

"Este estudio está tratando de entender las decisiones básicas que toman las células cuando se regeneran", dijo Poss, profesor de biología celular en la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke y director de Regeneration Next Initiative en Duke. "Si hay métodos que podamos usar para guiar sus decisiones, para determinar si generan células más grandes o más células a través de la división, podría ser una forma de influir en la capacidad de repararse de un tejido".

Los investigadores planean utilizar su sistema de cultivo de explantes de corazón de peces cebra para detectar moléculas pequeñas que potencialmente podrían aumentar la capacidad regenerativa de los tejidos del corazón. Estos productos químicos podrían un día formar la base de los nuevos medicamentos para reparar el daño causado por un ataque al corazón u otras enfermedades cardiovasculares.

La investigación se publica en Developmental Cell: Tension Creates an Endoreplication Wavefront that Leads Regeneration of Epicardial Tissue

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