Crean retina humana funcional en laboratorio
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Crean retina humana funcional en laboratorio

Los investigadores no solo buscaban el desarrollo de una retina artificial. También lograron crear un mapa genético de las enfermedades más comunes que afectan a este órgano

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Un grupo de científicos del Instituto de Oftalmología Molecular y Clínica de Basilea (IOB, en inglés) logró generar réplicas exactas de retinas humanas en cultivo. A partir de este resultado, estos organoides pueden ser usados para precisar los tipos específicos de células afectadas por enfermedades genéticas del ojo. Los detalles de esta exhaustiva labor de seis años se publicaron en la revista Cell

Las células de la retina muestran una serie de especializaciones subcelulares de importancia funcional. En la publicación se menciona que las características distintivas de los tipos de células y sus especializaciones subcelulares están asociadas con la expresión de genes específicos implicados en enfermedades oculares. Las células usadas en esta investigación fueron tomadas de donantes post mortem, tras pasar varias horas en estado isquémico, situación que provoca daño irreversible en la retina en 20 minutos. 

Las retinas cultivadas se obtuvieron a partir de células madre pluripotenciales, que luego fueron inducidas a reorganizarse en una estructura de cinco capas. Los organoides maduros podían sentir la luz en sus capas superficiales, y entregaban impulsos visuales a través de sinapsis a las capas celulares del interior. Anteriormente, el equipo de expertos del IOB había desarrollado un mecanismo que que genera organoides retinianos altamente uniformes por miles, proporcionando un valioso recurso para los investigadores de todo el mundo.

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Resultados promisorios para técnicas de tratamiento de retina

En la publicación, los especialistas mencionan que lograron desarrollar organoides de retina con tres capas nucleares y dos sinápticas. Los fotorreceptores de los organoides respondieron a la luz y transmitieron información visual sinápticamente, generando respuestas lumínicas en las células de la retina de segundo o tercer orden. Sumado a ello, se consiguieron transcriptomas unicelulares desde 110.862 disociadas del desarrollo humano, en siete puntos específicos del proceso de gestación entre la semana 38 y hasta la semana 46. 

En un análisis exhaustivo de estos transcriptomas, los investigadores evidenciaron una maduración progresiva de las distintas clases de células y mostraron que los transcriptomas de laboratorio alcanzaron una maduración estable entre la semana 30 y la semana 38. Sobre la tasa de cambios transcriptómicos durante el desarrollo de los organoides, ésta presentó similitudes con el proceso de desarrollo de la retina humana in vivo. 

En el estudio también se demostró que los transcriptomas de la retina humana adulta cambian rápidamente en un estado post mortem, producto de la isquemia. Por lo cual, desde el laboratorio se creó un procedimiento para obtener retinas humanas adultas que estuvieron expuestas a menos de 5 min de isquemia y mantuvieron las respuestas a la luz y los circuitos funcionales de la retina durante 16 horas ex vivo.

“La investigación aborda una necesidad fundamental no satisfecha, que es desarrollar retinas modelo que se asemejen al órgano real”, afirmó Cameron Cowan, investigador principal del Grupo de Circuitos de Retina Humana del IOB y primer autor del artículo a medios de comunicación. 

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La tasa de desarrollo in vitro puede diferir del proceso in vivo, afirman los investigadores. Para comparar las dos tasas, se relacionaron cruzadamente los transcriptomas en bloque de los organoides, obtenidos mediante la combinación de transcriptomas unicelulares, con los transcriptomas en bloque publicados de la retina humana entre 7 y 20 semanas en edad de desarrollo.

Cuando se trazaron las edades de desarrollo según el modelo establecido por los investigadores, comparándolas directamente con el desarrollo biológico, los datos se acercaron a la línea de unidad. Es decir, se produjeron retinas in vitro con tasas de desarrollo similares. Un factor que piden tener en cuenta para futuros estudios científicos sobre esta área.

Especialistas ya tienen mapas genéticos sobre enfermedades de retina

Debido a la variedad de retinas tomadas de donante y a las características genéticas de cada una, los expertos notaron que no todas las que se crearon en el laboratorio desarrollaron organoides. Para explicar el fenómeno, se pide tener en cuenta que la diferenciación de los organoides es un proceso no lineal (descrito previamente en 2017), en el que influyen sus estados epigenéticos y transcriptómicos en el momento de la diferenciación genética, indispensable para el proceso de cultivo. 

Un segundo componente destacado de esta investigación es la creación de un mapa genético específico. El grupo de científicos del IOB decidió elaborar “mapas de enfermedades”, a partir del mapeo de genes asociados a la enfermedad ocular con los tipos de células de la retina adulta y la creación de retinas de cultivo con las características encontradas. Como resultado, se obtuvieron mapas para 10 enfermedades retinianas no sindrómicas para la retina periférica y la retina fetal: acromatopsia, ceguera nocturna estacionaria congénita, retinitis pigmentosa, amaurosis congénita de Leber, degeneración macular, miopía, distrofia de vara cónica, coroideremia, distrofia macular, glaucoma y dos enfermedades sindrómicas de la retina, el síndrome de Usher y el síndrome de Bardet-Biedl.

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Científicos crean biomaterial que podría restaurar el tejido óseo

Científicos de la Universidad Nacional de Investigación de Samara en Rusia desarrollaron un biomaterial que permitiría restaurar algunos componentes del tejido óseo.

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Científicos crean biomaterial que podría restaurar el tejido óseo

Científicos de la Universidad Nacional de Investigación de Samara en Rusia desarrollaron un biomaterial que permitiría restaurar algunos componentes del tejido óseo. En específico el tratamiento podría ayudar especialmente a pacientes que sufren de osteoporosis, una enfermedad que provoca debilidad en los huesos aumentando el riesgo de sufrir una fractura.

Yelena Timchenko, líder de la investigación y autora de este estudio, explicó que el material está basado en el uso del mineral hidroxiapatita el cristal principal de los huesos y principal factor aportante a la dureza y rigidez de estos.

De acuerdo con la investigadora. a diferencia de la hidroxiapatita común, usualmente usada para restaurar los componentes minerales de los huesos, el biomaterial desarrollado denominado “hidroxipatita alogénica” obtenida a través de una tecnología única podría lograr reemplazar la sección orgánica de los huesos.

“Este nuevo material permite restaurar los componentes minerales perdidos del tejido óseo para ajustar el tratamiento de la osteoporosis, así como también el componente orgánico, considerado la ‘carcasa’ de todo biotipo”, aseguró la experta.

El equipo científico analizó la calidad del biomaterial mejorando sus métodos de obtención resaltando que no hay análogos en el mundo de este material para tratar la osteoporosis. Del mismo modo, se han realizado ensayos experimentales sobre la componsición de tejido óseo con osteoporosis para evaluar la particularudad de sus estructuras en sus manifestaciones.

Recordemos, que a pesar de que esta condición es causada principalmente por cambios hormonales relacionados a la edad (prevalente en mujeres con menopausia) también puede ser provocada por vuelos espaciales en gravedad cero.

Según la NASA se ha evidenciado que los astronautas pierden el 10% de la masa ósea del fémur en viajes de 6 meses al espacio. En este sentido, la creación de este biomaterial podría usarse en ensayos preclínicos para estudiar su eficacia en la prevención de la osteoporosis tanto en la tierra como en el espacio.

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Proponen modelo computacional para estudiar la tuberculosis

El modelo computacional está diseñado para una mayor comprensión de las fases iniciales de infección

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Recientemente, se presentó en PLOS COMPUTATIONAL BIOLOGY un modelo computacional elaborado por la Unidad de Tuberculosis Experimental del Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol (IGTP), diseñado para reproducir la dinámica de la tuberculosis en un pulmón virtual. La creación de esta herramienta está incentivada por el devastador efecto que causa la enfermedad hoy en día. Actualmente, pese a las estrategias de vacunación y el desarrollo de tratamientos, se mantiene como una de las 10 primeras causas de mortalidad en el mundo.

La enfermedad es provocada por la bacteria Mycobacterium tuberculosis, patógeno que infecta los alveolos pulmonares. Sin embargo, de acuerdo con estadísticas, un 90% de la población infectada nunca desarrolla la patología. Las complicaciones se centran en el 10% de personas que se ven afectadas por la patología, ya que se desconocen los factores principales que la desencadenan en estos individuos.

Para crear este modelo computacional, los investigadores partieron de la siguiente hipótesis: la reinfección endógena juega un papel importante en el mantenimiento de la infección latente. Para comprobarlo, desarrollaron un modelo basado en agentes que describe el crecimiento, la fusión y la proliferación de las lesiones de tuberculosis en un árbol bronquial computacional. Para que la herramienta sea funcional, el grupo de expertos creó un algoritmo interactivo que genera tubos bronquiales y bifurcaciones dentro de un volumen tridimensional de la superficie del pulmón, según explicó Clara Prats, integrante del equipo.

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Modelo 3D podrían predecir los avances de la tuberculosis

Además de este complejo sistema, el instrumento presentado se fundamenta en datos obtenidos por tomografías computarizadas en cinco modelos animales (minicerdos). Según el artículo, las imágenes utilizadas fueron aquellas que mostraban las etapas iniciales de infección por Mycobacterium tuberculosis. A su vez, éstas fueron las que sirvieron para generar el pulmón computarizado.

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Imagen de reconstrucción pulmonar. A la derecha se representa la ubicación y el tamaño de las lesiones pulmonares causadas por tuberculosis en los modelos animales. Fuente: PLOS COMPUTATIONAL BIOLOGY

“El resultado es un modelo que nos permite reproducir y comprender los datos experimentales en la computadora. Hemos podido mostrar una relación importante entre el número final de lesiones de tuberculosis y la frecuencia de reinfección endógena y el crecimiento de las lesiones”, dijo Martí Català, otro de los investigadores. El modelo también se ha utilizado como plataforma experimental in silico para explorar la transición de la infección latente a la enfermedad activa, identificando los principales factores desencadenantes: una elevada respuesta inflamatoria y la combinación de una respuesta inflamatoria moderada con una baja amplitud respiratoria.

Ante los resultados vistos con el software, los investigadores consideran que este modelo computacional permitirá hacer predicciones para futuras acciones como nuevos biomarcadores, estrategias preventivas y terapias para la tuberculosis en humanos.

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Uso de imágenes holográficas facilita detección de virus

Se espera que las imágenes holográficas sean un recurso de detección que pueda ser utilizado en nuevas investigaciones sobre tratamientos a las enfermedades que causan en la población

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En el transcurso del 2020, la capacidad científica para producir nuevas herramientas ha sido puesta a prueba. Sin embargo, la utilización de imágenes holográficas es una muestra del papel destacado de la innovación en uno de los años más importantes para la medicina y el sector salud en general. La técnica fue desarrollada por un equipo de científicos de la Universidad de Nueva York (NYU), presentada en la revista Soft Matter.

De acuerdo con la publicación, el método está basado en la videomicroscopía holográfica, un sistema utilizado para la observación, representación y análisis de imágenes que se lleva a cabo gracias a rayos láser que facilitan la creación de las imágenes holográficas en pequeñas gotas. Aunque por lo general se usa para la revisión de muestras biológicas o químicas, el método creado en la NYU permitirá la detección de varios patógenos, incluyendo virus con precisión milimétrica y gran detalle.

Como se describe en la publicación, las superficies de las gotas se activan con sitios de unión bioquímica que atraen anticuerpos o partículas de virus, dependiendo de la prueba. La unión de anticuerpos o virus hace que las cuentas crezcan unas mil millonésimas de metro, lo que los investigadores de la Universidad de Nueva York han demostrado que pueden detectar a través de cambios en los hologramas que quedan en las gotas.

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Imágenes holográficas: herramienta potencial en el futuro cercano

“Podemos analizar una docena de cuentas por segundo”, explica David Grier, profesor de física y uno de los integrantes del proyecto en un comunicado. “Lo que significa que podemos reducir el tiempo de una prueba de diagnóstico fiable de mil cuentas a 20 minutos. Y podemos medir esos cambios de forma rápida, fiable y barata”, añade a sus declaraciones. La innovadora herramienta de detección no solo aplica para los virus; ya que cuenta con potencial para evaluar el nivel de inmunización de cada persona.

Las gotas o perlas que se utilizan para la producción de imágenes holográficas son previamente sistematizadas con grupos de superficie. De esta manera, las gotas microscópicas se unen específicamente a los anticuerpos objetivo e impiden que otros patógenos se unan. Es decir, además de ser un test de gran precisión visual, podría ser un método eficaz para patógenos causantes de enfermedades asociadas a bacterias o virus como la tuberculosis o COVID-19.

“Este instrumento puede contar las partículas de virus dispersas en la saliva de los pacientes y también detectar y diferenciar los anticuerpos disueltos en la sangre“, añade Grier. “Esta flexibilidad se logra cambiando la composición de las gotas de prueba para modelar lo que estamos probando”. Además de lo anterior, el investigador mencionó que las gotas utilizadas comprueban la presencia de un objetivo particular, pero también puede comprobar la presencia de varios objetivos simultáneamente.

Los científicos dicen que esta capacidad puede utilizarse para desarrollar bibliotecas de gotas de testeo que pueden combinarse en kits de prueba para mezclarlas con muestras de pacientes. Esto ayudará a los médicos a distinguir entre los posibles diagnósticos, acelerar el tratamiento de los pacientes, reducir el riesgo de diagnósticos erróneos y reducir el costo de la asistencia sanitaria.

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