Imagen: El hígado humano está formado por células con diferentes cantidades de ADN. La mayoría de las células contienen solo dos copias de ADN, como lo indica la celda con una flecha blanca. Algunas células recolectan más conjuntos de ADN, como los indicados por flechas amarillas. Estos diferentes tipos de células se regeneran de manera diferente.
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Crédito: Paula Hencke
El hígado es un órgano esencial que se encarga de eliminar las toxinas de nuestro organismo. Dado que está constantemente en contacto con sustancias tóxicas, es probable que se infecte con regularidad. Para evitar esto, el hígado tiene una capacidad única entre los órganos para regenerarse después del daño. Dado que gran parte de la capacidad del cuerpo para curarse y regenerarse disminuye a medida que envejecemos, los científicos se han preguntado si la capacidad del hígado para regenerarse también disminuye con la edad.
La naturaleza de la regeneración del hígado en humanos también sigue siendo un misterio. Los modelos animales han proporcionado respuestas contradictorias. Algunos estudios han sugerido que los hepatocitos pueden tener una vida prolongada, mientras que otros han mostrado cambios consistentes. Para nosotros estaba claro que si queríamos saber qué les sucede a los humanos, teníamos que encontrar una manera de evaluar directamente la vida útil de las células hepáticas humanas”, dice el Dr. Olaf Bergmann, líder del grupo de investigación en el Centro de Terapia Regenerativa de Dresden ( CRTD) en la Universidad Técnica de Dresde.
El hígado humano es todavía un órgano joven.
Un equipo multidisciplinario de biólogos, físicos, matemáticos y médicos dirigido por el Dr. Bergmann analizó los hígados de varias personas que fallecieron entre los 20 y los 84 años. Sorprendentemente, el equipo mostró que las células hepáticas de todas las personas tenían aproximadamente la misma edad.
“Independientemente de si tiene 20 u 84 años, su hígado permanece en promedio un poco menos de tres años”, explica el Dr. Bergman. Los resultados muestran que el ajuste de la masa hepática a las necesidades del organismo está estrechamente regulado por la continua sustitución de hepatocitos y que este proceso tiene lugar incluso en los ancianos. Este reemplazo continuo de hepatocitos es importante para varios aspectos de la regeneración del hígado y la formación de cáncer.
Las células hepáticas con más ADN se regeneran menos
Sin embargo, no todas las células de nuestro hígado son jóvenes. Una pequeña porción de las células puede vivir hasta 10 años antes de que puedan renovarse. Esta subpoblación de hepatocitos transporta más ADN que las células típicas. La mayoría de nuestras células tienen dos conjuntos de cromosomas, pero algunas células acumulan más ADN con la edad. En última instancia, estas células pueden tener cuatro, ocho o incluso más juegos de cromosomas”, explica el Dr. Bergman.
Cuando comparamos hepatocitos típicos con células más ricas en ADN, encontramos diferencias sustanciales en su regeneración. Las células típicas se regeneran aproximadamente una vez al año, mientras que las células que son más ricas en ADN pueden permanecer en el hígado hasta por una década «, dice el Dr. Bergmann. Dado que esta fracción aumenta gradualmente con la edad, este puede ser un mecanismo que nos protege de la acumulación de mutaciones dañinas. Necesitamos saber si existen mecanismos similares en la enfermedad hepática crónica, que en algunos casos puede convertirse en cáncer.
Lecciones de una caída nuclear
Determinar la edad biológica de las células humanas es un desafío técnico formidable, ya que los métodos comúnmente utilizados en modelos animales no se pueden aplicar a los humanos.
El grupo del Dr. Bergmann se especializa en la datación por radiocarbono retrospectiva y utiliza esta técnica para evaluar la edad biológica del tejido humano. El carbono es un elemento químico ubicuo que forma la columna vertebral de la vida en la Tierra. El radiocarbono es uno de los varios tipos de carbono. Aparece naturalmente en la atmósfera. Las plantas lo incorporan a través de la fotosíntesis, de la misma manera que el carbono típico, y lo transmiten a los animales y humanos. El carbono radiactivo es débilmente radiactivo e inestable. Estas propiedades se utilizan en arqueología para determinar la edad de especímenes antiguos.
«Los arqueólogos han utilizado con éxito la descomposición por radiocarbono durante muchos años para evaluar la edad de los especímenes, un ejemplo es la datación de la Sábana Santa de Turín», dice el Dr. Bergman. «La descomposición radiactiva del radiocarbono es muy lenta. Proporciona suficiente resolución para los arqueólogos, pero no es útil para determinar la edad de las células humanas. Sin embargo, aún podemos beneficiarnos del radiocarbono en nuestra investigación».
Las pruebas nucleares en superficie realizadas en la década de 1950 introdujeron enormes cantidades de carbono radiactivo en la atmósfera, las plantas y los animales. Como resultado, las células que se formaron en este período contienen mayores cantidades de carbono radiactivo en su ADN.
Después de la prohibición oficial de las pruebas nucleares en la superficie en 1963, las cantidades de radiocarbono en la atmósfera comenzaron a disminuir, al igual que las cantidades de radiocarbono incorporadas al ADN del animal. Los valores de radiocarbono atmosférico y celular se corresponden muy bien.
«Aunque se trata de cantidades diminutas e inofensivas, podemos detectarlas y medirlas en muestras de tejido. Al comparar los valores con los niveles de radiocarbono atmosférico, podemos determinar retrospectivamente la edad de las células», explica el Dr. Bergman.
Información sin igual directamente desde la fuente
El grupo de Bergmann también está explorando los mecanismos que impulsan la regeneración de otros tejidos que se consideran establecidos, como el cerebro o el corazón. El equipo utilizó previamente su experiencia de datación por radiocarbono retrospectiva para mostrar que la formación de nuevas células cerebrales y cardíacas no se limita al tiempo anterior al nacimiento, sino que continúa durante toda la vida. Actualmente, el grupo está estudiando si es posible producir nuevas células de músculo cardíaco humano en personas con enfermedades cardíacas crónicas.
Bergman concluye: «Nuestra investigación muestra que estudiar la regeneración celular directamente en humanos es técnicamente muy desafiante, pero puede proporcionar conocimientos sin precedentes sobre los mecanismos celulares y moleculares fundamentales de la regeneración de órganos humanos».
publicación original
Paula Henke, Fabian Rost, Julian Ruud, Ballina Truss, Irina Simonova, Eniki Lazar, Joshua Vidima, Thilo Welch, Kanar Elkas, Mahran Salihpour, Andrea Zimmermann, Daniel Seehofer, Goran Bosnert, Georg Dam, Henrik Druid, Lutz Brugge: Los hepatocitos diploides impulsan la regeneración fisiológica del hígado en adultos. sistemas celulares (mayo de 2022)
de extremo a extremo: http://doi.org/10.1016/j.cels.2022.05.001
Acerca del Centro de Terapias Regenerativas de Dresde (CRTD)
El Centro de Terapia Regenerativa Dresden (CRTD) en TU Dresden es el hogar académico para científicos de más de 30 países. Su misión es descubrir los principios de la regeneración de células y tejidos y aprovecharlos para identificar, tratar y revertir enfermedades. CRTD conecta el banco con la clínica, los científicos y los médicos para aunar experiencia en células madre, biología del desarrollo, edición de genes y regeneración hacia tratamientos innovadores para enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y Parkinson, enfermedades de la sangre como la leucemia y enfermedades metabólicas como diabetes, enfermedades retinianas y ortopédicas.
CRTD se estableció en 2006 como un centro de investigación de la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y fue financiado hasta 2018 como un Centro de Investigación de la DFG, así como un Grupo de Excelencia. Desde 2019, CRTD está financiado por TU Dresden y el Estado Libre de Sajonia.
CRTD es uno de los tres institutos afiliados al Centro de Instalaciones Científicas Centrales para Bioingeniería Molecular y Celular (CMCB) de TU Dresden.
Web: www.tu-dresden.de/cmcb/crtd
Web: http://www.tu-dresden.de/cmcb
recursos:
Sitio web del Grupo Dr. Olaf Bergmann: https://tud.link/ad38
Fotos de resolución completa: https://tud.link/gycm
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