Organoides: fundamentos, presente y futuro / Organoids: fundamentals, present and future

RESUMEN Los organoides son estructuras miniaturizadas, generadas principalmente a partir de células madre pluripotentes inducidas, que se cultivan en el laboratorio conservando sus características innatas o adquiridas. Tienen el potencial de reproducir procesos de desarrollo biológico, modelar procesos patológicos que permitirán el descubrimiento de nuevos fármacos y propicien la medicina regenerativa. Sin embargo, estas experiencias requieren perfeccionamiento constante porque pueden haberse realizado variaciones en la constitución de estos órganos. Por ello, el presente artículo tiene como objetivo revisar la información actualizada sobre organoides y sus procesos experimentales básicos y recientes, empezando por la gastrulación, para tratar de imitar, en lo posible, la formación de las tres capas: ectodermo, mesodermo y endodermo, incluyendo los factores que intervienen en la inducción, diferenciación y maduración en la generación de estos organoides. Asimismo, el diseño y preparación de medios de cultivo altamente especializados que permitan obtener el órgano seleccionado con la mayor precisión y seguridad. Se realizó una búsqueda de artículos originales y de revisión publicados en PubMed, Nature y Science. Los artículos se seleccionaron por sus resúmenes y por su texto completo. Las conclusiones de este articulo destacan las ventajas futuras en el uso y aplicaciones de los organoides.

ABSTRACT Organoids are tiny structures, mainly generated from induced pluripotent stem cells, which are cultured in the laboratory while retaining their innate or acquired characteristics. They have the potential to reproduce biological development processes, model pathological processes that will enable the discovery of new drugs and promote regenerative medicine. However, these processes require constant improvement because variations may have occurred in the constitution of the organs. Therefore, this article aims to review updated information on organoids and their basic and recent experimental processes, starting with gastrulation, in an attempt to mimic, as much as possible, the formation of the three layers: ectoderm, mesoderm and endoderm; as well as the information regarding the factors involved in the induction, differentiation and maturation during the generation of organoids. Likewise, the design and preparation of highly specialized culture media that allow obtaining the selected organ with the highest precision and safety. We searched for original and review articles published in PubMed, Nature and Science. Articles were selected for their abstracts and full text. The conclusions of this article highlight the future advantages in the use and applications of organoids.

A platform to understand amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and extend human motor neurons longevity / Plataforma para empezar a comprender la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y extender la longevidad de neuronas motoras humanas

In vitro modeling of neurodegenerative diseases is now possible by using patient-derived induced pluripotent stem cells (iPS). Through them, it is nowadays conceivable to obtain human neurons and glia, and study diseases cellular and molecular mechanisms, an attribute that was previously unavailable to any human condition. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is one of the diseases that has gained a rapid advance with iPS technology. By differentiating motor neurons from iPS cells of ALS- patients, we are studying the mechanisms underlying ALS- disease onset and progression. Here, we introduce a cellular platform to help maintain longevity of ALS iPS-motor neurons, a cellular feature relevant for most late-onset human diseases. Long term cultures of patient-derived iPS cells might prove to be critical for the development of personalized-drugs.

Actualmente es posible modelar in vitro enfermedades neurodegenerativas humanas mediante el uso de células madre pluripotentes inducidas (iPS) derivadas del paciente. A través de ellas, es hoy concebible obtener neuronas y glía humanas, y estudiar mecanismos celulares y moleculares de enfermedades, un atributo que anteriormente no era posible para ninguna condición humana. La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una de las enfermedades que se ha beneficiado con la tecnología de iPS. Al diferenciar neuronas motoras de células iPS obtenidas de pacientes con ELA, hemos iniciado estudios sobre los mecanismos que subyacen a la aparición y progresión de la enfermedad. Aquí, presentamos el desarrollo de una plataforma celular que permite extender la longevidad de las neuronas motoras derivadas de iPS, una característica relevante para la mayoría de las enfermedades humanas de inicio tardío. Los cultivos a largo plazo de células iPS provenientes de pacientes pueden ser determinantes en el desarrollo de terapias asociadas a la medicina de precisión.

Componentes Principales mediante Espectroscopia FTIR como Técnica de Caracterización Innovadora durante la Diferenciación de Células Madre Pluripotentes a Células Pancreáticas / Principal Components by FTIR Spectroscopy as Innovative Characterization Technique during Differentiation of Pluripotent Stem Cells to Pancreatic Cells

Resumen: Dos de los grandes retos en la biología de las Células Madre (CM) y la Medicina Regenerativa, son el control en la diferenciación de estas células y asegurar la pureza de las células diferenciadas, por lo que es necesario contar con técnicas rápidas, eficientes y precisas para la caracterización de CM y su diferenciación a diferentes linajes celulares. El objetivo de este trabajo fue analizar Células Madre Pluripotentes (CMP) y Células Pancreáticas Diferenciadas (CPD) mediante espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y Análisis de Componentes Principales (ACP). Para ello se diferenciaron CMP a CPD, caracterizando el proceso de diferenciación a los días 0, 11, 17 y 21 mediante microscopía óptica y espectroscopia vibracional. Los espectros FTIR se analizaron con el método multivariado de ACP, utilizando su segunda derivada en las regiones de proteínas, carbohidratos y ribosas. Los resultados indican que el ACP permite caracterizar y discriminar CMP y CPD en sus diferentes etapas de diferenciación en las regiones espectrales analizadas. Con lo anterior concluimos que el ACP permite caracterizar química y estructuralmente CMP y diferentes etapas de su diferenciación en una forma rápida, precisa y no invasiva.

Abstract: Two of the greatest challenges in Stem Cells (SCs) biology and regenerative medicine, are differentiation control of SCs and ensuring the purity of differentiated cells. In this sense, fast, efficient and accurate techniques for SCs characterization and their differentiation into different cell lineages are needed. The aim of this study was to analyse Pluripotent Stem Cells (PSCs) and Differentiated Pancreatic Cells (DPCs) by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and Principal Component Analysis (PCA). For this purpose, we differentiated PSCs toward DPCs, characterizing the differentiation process at different stages (0, 11, 17 and 21 days) through light microscopy and vibrational spectroscopy. FTIR spectra were analysed with the multivariate method of PCA, using the second derivatives in the protein, carbohydrate and ribose regions. The results indicate that the PCA allows to characterize and discriminate PSCs and DPCs at different stages of differentiation in the analysed spectral regions. From these results, we concluded that the PCA allows the chemically and structural characterization of PSCs and the different stages of their differentiation in a fast, accurate and non-invasive way.

Uso de células pluripotenciales en el tratamiento de la isquemia crítica / Use of stem cells in the treatment of critical ischemia

La isquemia crítica de los miembros inferiores se define como la insuficiencia de flujo arterial a los miembros inferiores para mantener la viabilidad tisular, generalmente causada por enfermedad obstructiva arterial periférica. Las manifestaciones clínicas son dolor en reposo y presencia de úlceras o pérdida tisular espontánea. El manejo con reperfusión quirúrgica (surgical revascularization) y terapia endovascular ha permitido lograr salvamentos importantes de extremidades pero, a pesar de estos avances, aproximadamente, entre el 20 y el 40 % de los pacientes con isquemia crítica no son candidatos a ninguno de estos tratamientos. Se estima que anualmente se practican entre 120 y 500 amputaciones por cada millón de habitantes por enfermedad arterial; 25 % de los pacientes con amputaciones mayores no recibe ningún tipo de rehabilitación. Por lo tanto, se necesita contar con nuevas estrategias para promover el salvamento de extremidades y disminuir las tasas tan altas de amputaciones. En los últimos 20 años, el uso de células madre pluripotenciales ha demostrado ser un tratamiento efectivo y seguro para los pacientes con isquemia crítica con gran riesgo de pérdida de las extremidades

Critical ischemia of the lower limbs is defined as insufficiency of arterial flow to the lower limbs to maintain tissue viability, usually caused by obstructive peripheral arterial disease. The clinical manifestations are pain at rest and presence of ulcers or spontaneous tissue loss. Management with surgical revascularization and endovascular therapy has shown high limb salvage, but in spite of these advances approximately 20% to 40% of patients with critical limb ischemia are not candidates for any of these therapies. It is estimated that between 120 and 500 amputations are doing per year per million inhabitants per arterial disease; 25% of patients with major amputations do not receive rehabilitation. Therefore, we need new strategies to promote limb salvage and reduce such high amputation rates. The use of stem cells over the last 20 years has proven to be an effective and safe treatment for patients with critical ischemia with a high risk of limb loss

Regresión al estado embrionario: antecedentes y usos actuales de la células madre pluripotenciales indicidas / Regression to the embryonic state: background and current uses of induced pluripotentstem cells

Las células madre pluripotenciales inducidas son células adultas modificadas por medios virales, químicos, físicos o combinados, que permiten crear células con características de células del embrioblasto del desarrollo embrionario humano, estas características incluyen una capacidad de dividirse ilimitadamente y conservar gran capacidad de diferenciación a cualquier tejido proveniente de las tres capas germinales embrionarias: ectodermo, mesodermo y endodermo, pero incapaces de generar tejido extraembrionario como la placenta; estas características les permitiría usarse para investigaciones farmacológicas al poder probar medicamentos en tejidos humanos in vitro, con o sin alteraciones genéticas para estudiar sus efectos primarios, secundarios y concentraciones útiles, también permiten dar apoyo clínico en el área regenerativa y de trasplantes tisulares sin temor a rechazo de tejido extraño. En este trabajo se presentan antecedentes del uso de células madre a través de los años hasta la actualidad, los distintos métodos existentes para generar pluripotencialidad y ejemplosde la aplicación de las células madre pluripotenciales inducidas en la clínica y en el campo investigativo...(AU

Nuevo método de reprogramación célular: para obtener células madre pluripotentes a partir de células somáticas: descubierto por investigadores de la Universidad de Pekín / New reprogramming method to get pluripotent stem cells: from somatic cells: discovered by Pekin University researchers

Se reseña la publicación de un importante trabajo donde se reporta el éxito obtenido por científicos chinos utilizando sustancias de bajo tamaño molecular, que actúan como reguladores de enzimas y de procesos bioquímicos de señalización, en la reprogramación de células diferenciadas de ratón para convertirlas en células madre pluripotentes similares a las células madre embrionarias y a las células madre pluripotentes inducidas por genes de factores de transcripción. Se hace referencia a las publicaciones previas de los investigadores que lograron por primera vez el mismo propósito con diferentes métodos. Se comentan las ventajas del nuevo método.

This is a review of an important publication by Chinese scientists about the successful reprogramming of differentiated murine cells to pluripotent stem cells that resemble embryonic stem cells using small-molecule compounds that act as regulators of enzymes and signaling pathways. Reference is made of previous publications by researchers who achieved for the first time the same goal by different methods. Comments on the advantages of the new method are included.

Descrubrimientos sobre reprogramación nuclear merecen el premio Nobel en 2012 / Discoveries on nuclear reprogramming deserves the Nobel prize in 2012

Este artículo fue escrito para honrar a J.B Gurdon y S. Yamanaka, laureados con el Premio Nobel en Fisiología p Medicina 2012 "por el descubrimiento de que las células maduras pueden ser reprogramadas para volverse pluripotentes". Se presentan en forma concisa sus aportes científicos y reseñas biográficas. J.B. Gardon, en Inglaterra, demostró hace 50 años en anfibios que al trasplantar el núcleo de una célula intestinal a un huevo u ovocito enuncleado se obtiene una célula totipotente que se convierte en un embrión y se desarrolla hasta convertirse en una rana adulta, lo cual implica la conservación de genoma en el proceso de diferenciación y la resersibilidad de dicho proceso. Estos descubrimientos llevaron a que otros autores realizaran la clonación de mamiferos utilizando el núcleo de células somáticas y la obtención de células madre pluripotentes a partir de los embrines que se producen in vitro por el desarrollo de las células totipotentes. Se mencionan varias aplicaciones y las contribuciones de Gurdon para comprender el proceso de reprogramación. S. Yamanaka, en Japón, hace seis años, reprogramó al estado embrionario fibroblastos cutáneos de ratones y humanos adultos insertando mediante vectores retrovirales una combinación de los genes de cuatro factores de transcripción: Oct3/4, Sox2, Klf4 y c-Myc. Las células reprogramadas fueron denominadas células madre pluripotentes inducidas. Utilizando la técnica desarrollada por Yamanaka y otras surgidas a raiz de sus descrubrimientos, miles de personas obtienen ahora células madre pluripotentes inducidas a partir de muchas especies y tejidos, incluyendo seres humanos sanos y enfermos. Las células madre pluripotentes o sus derivadas tienen un amplio potencial de aplicación, entre ellas, estudios de embriología y fisiopatología, modelos de enfermedades, descubrimiento de drogas y terapias celulares

This paper was written to honor J.B Gurdon y S. Yamanaka, 2012 Nobel Prize laureates in Physiology or Medicine for "the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent". Their main scientific contributions and biography are presented in a concise manner. JB Gurdon, in England, showed fifty years ago in amphibians that the transplantation of the nucleus of an intestinal cell to an enucleated egg or oocyte produces a totipotent cell that develops into an embryo and adult frog. This implies that cellular differentiation is reversible and the genome is conserved in that process. The discoveries led to the cloning of mammals by other authors using the nucleus of somatic cells and to obtain pluripotent stem cells in vitro from the embryos produced by development of the totipotent cells. Some applications are considered. Gurdon's contribution to the understanding of the reprogramming process is mentioned. S. Yamanaka six years ago in Japan reprogrammed skin fibroblastis from adult mice and humans to the embryonic state by introducing via retroviral vectors a combination of the genes of 4 transcription factors, Oct3/4. Sox2, Klf4 and c-Myc. The reprogammed cells were named induced pluripontent stem cells. Throusands of people are now producing induced pluripotent stem cells from many tissues and species, including healthy and ill humans, using Yamanaka's methods and other techniques stimulated by his work. Pluripotent stem cells or their derivatives have great potential for a wide range of applications including research in embryology and pathophysiology, disease modeling, drug discovery and cell transplantation therapies

Estudio del envejecimiento con un modelo celular del síndrome de progeria de Hutchinson-Gilford / Study of the agening with a cellular model of Hutchinson-Gilford progeria syndrome

Se presenta en forma resumida los principales hallazgos del trabajo de Liu y col (1), investigadores del Instituto Salk, California, publicado en abril de 2011, donde se describe un modelo celular in vitro del síndrome de progeria de Hutchison-Gilford (SPHG), basado en células madre pluripotentes inducidas po reprogramación de fibroblastos. Tiene gran interés porque ofrece la posibilidad de estudiar la fisiopatología de las enfermedades que cursan con envejecimiento rápido, prematuro y ayudar a compreder mejor los procesos de envejecimiento que ocurren en la población humana general. Se incluye información básica relacionada con la progeria

A summary of the main findings published in April 2011 by Liu et al (1), researchers at the Salk Institute, California, where a cellular in vitro model of Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) was described based on induced pluripotent stem cells derived from reprogrammed fibroblasts. It is of great interest because it allows the study of the pathogenesis of premature, rapid aging and helps understand ageing of the general human population. Basic information about progeria is included