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Los huesos transparentes permiten a investigadores observar a las células madres dentro

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Hace diez años, los huesos en su cuerpo no existieron actualmente realmente. Como piel, el hueso se está renovando constantemente, está vertiendo el tejido viejo y lo está creciendo de nuevo de las células madres en la médula.

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Ahora, una nueva técnica desarrollada en Caltech puede hacer los huesos intactos transparentes, permitiendo que los investigadores observen a estas células madres dentro de su ambiente. El método es una brecha para probar las nuevas drogas para combatir enfermedades como osteoporosis.

La investigación fue hecha en el laboratorio de Viviana Gradinaru (BS ‘05), profesor adjunto de la biología e ingeniería biológica e investigador del instituto de investigación médica de la herencia. Aparece en un papel en la aplicación del 26 de abril la medicina de translación de la ciencia.

En hueso sano, un equilibrio delicado existe entre las células que construyen la masa del hueso y las células que analizan el hueso viejo en un ciclo de remodelado continuo. Este proceso es controlado parcialmente por las células madres en la médula, llamada los osteoprogenitors, que se convierten en los osteoblasts o los osteocytes, que regulan y mantienen el esqueleto. Para entender mejor enfermedades como la osteoporosis, que ocurre cuando la pérdida de masa del hueso lleva a un de alto riesgo de fracturas, es crucial estudiar el comportamiento de células madres en médula. Sin embargo, esta población es rara y no distribuida uniformemente en el hueso.

“Debido a la raleza de la población de la célula madre en el hueso, es desafiador extrapolar sus números y las posiciones apenas de algunas rebanadas de hueso,” dice Alon Greenbaum, el escolar postdoctoral en biología y la ingeniería biológica y al co-primer autor en el papel. “Además, el cortar en el hueso causa el deterioro y pierde el ambiente complejo y tridimensional de la célula madre dentro del hueso. Tan hay una necesidad de ver dentro de tejido intacto.”

Para hacer esto, el equipo construyó sobre una técnica llamada CLARITY, desarrollada originalmente para el tejido cerebral de vaciamiento durante el trabajo graduado de Gradinaru en Stanford University. La CLARIDAD rinde tejidos suaves, tales como cerebro, transparente quitando las moléculas opacas llamó los lípidos de las células mientras que también proporciona la ayuda estructural por una infusión de una malla clara del hidrogel. El grupo de Gradinaru en Caltech amplió más adelante el método para hacer todo el tejido suave en el cuerpo de un ratón transparente. El equipo después se estableció para desarrollar una manera de despejar tejidos duros, como el hueso que compone nuestro esqueleto.

En el trabajo descrito en el nuevo papel, el equipo comenzó con los huesos tomados de ratones transgénicos post mortem. Estos ratones genético fueron dirigidos para tener sus células madres ser fluorescente rojo de modo que pudieran ser fácilmente reflejados. El equipo examinó el fémur y la tibia, así como los huesos de la columna vertebral; cada uno de las muestras estaba sobre algunos centímetros de largo. Primero, los investigadores quitaron el calcio de los huesos: el calcio contribuye a la opacidad, y el tejido del hueso tiene una cantidad mucho más alta de calcio que suavemente tejidos. Después, porque los lípidos también proveen de tejidos la estructura, el equipo infundió el hueso con un hidrogel que cerró componentes celulares como las proteínas y los ácidos nucléicos en lugar y preservó la arquitectura de las muestras. Finalmente, un detergente apacible fue fluido en el hueso para quitar los lípidos, saliendo del hueso transparente al ojo. Para la proyección de imagen los huesos despejados, el equipo construyeron un microscopio de encargo de la hoja de la luz para la visualización rápida y de alta resolución que no dañaría la señal fluorescente. Los huesos despejados revelaron una constelación de células madres que eran fluorescentes rojas dentro.

El grupo colaboró con los investigadores en la compañía de biotecnología Amgen para utilizar el método, nombró a Bone CLARITY, probar una nueva droga desarrollada para tratar la osteoporosis, que afecta a millones de americanos por año.

“Nuestros colaboradores en Amgen enviaron nos que un nuevo terapéutico que los aumentos deshuesan total,” dice a Ken Chan, el estudiante de tercer ciclo y al co-primer autor del papel. “Sin embargo, el efecto de estos terapéutica sobre la población de la célula madre era confuso. Razonamos que puede ser que aumenten la proliferación de células madres.” Para probar esto, los investigadores dieron a un grupo de ratones el tratamiento y, usando la CLARIDAD del hueso, comparados sus columnas vertebrales con los huesos de un grupo de control de animales que no consiguieron la droga. “Lo vimos que de hecho había un aumento en células madres con esta droga,” decimos. La “supervisión de respuestas de la célula madre a estas clases de drogas es crucial porque los aumentos tempranos en la proliferación se esperan mientras que se está construyendo el nuevo hueso, pero la proliferación a largo plazo puede llevar al cáncer.”

La técnica tiene usos prometedores para entender cómo los huesos obran recíprocamente con el resto del cuerpo.

Los “biólogos están comenzando a descubrir que los huesos no son apenas ayudas estructurales,” dicen a Gradinaru, que también sirve como el director del centro para la neurología molecular y celular en el Tianqiao y Chrissy Chen Institute para la neurología en Caltech. “Por ejemplo, las hormonas del hueso enviar las señales del cerebro de regular apetito, y estudiar el interfaz entre el cráneo y el cerebro son una parte vital de neurología. Es nuestra esperanza que la CLARIDAD del hueso ayudará a romper la nueva base en la comprensión de los funcionamientos internos de estos órganos importantes.”