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Pez transparente abre una ventana a la formación sanguínea y al trasplante de médula

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Investigadores del HHMI han desarrollado nuevas y poderosas técnicas para ver con un detalle que no tiene precedentes la forma en la que se desarrollan las células que forman la sangre del pez cebra.

Unos investigadores han desarrollado nuevas y poderosas técnicas para ver con un detalle que no tiene precedentes la forma en la que se desarrollan las células que forman la sangre del pez cebra. Los científicos han utilizado este sistema de trasplante de células sanguíneas con “marcadores” fluorescentes para poder observar cómo las células restauran el sistema sanguíneo en peces cebra mutantes que no tienen ningún glóbulo rojo.

Las técnicas podrían ser útiles para comprender la forma en la que los trasplantes de médula ósea reconstituyen los sistemas inmunes de pacientes cuyas células inmunes han sido destruidas por la quimioterapia llevada a cabo durante el tratamiento de cáncer.

Los investigadores, conducidos por el investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Leonard Zon, publicaron sus estudios el 9 de noviembre de 2003, en Nature Immunology. Zon y sus colegas del Hospital de Niños, en Boston, realizaron los estudios en colaboración con investigadores de la Universidad de California, en Los ”ngeles.

“El pez cebra es un organismo fantástico para realizar estudios de desarrollo porque los embriones son totalmente transparentes”, dijo Zon. “A las veinticuatro horas, se puede ver bajo el microscopio la formación de todos los órganos y del sistema sanguíneo. Y se puede ver al corazón bombeando las células sanguíneas a través de la vasculatura”. Además, los sistemas de formación de sangre de peces y de mamíferos todavía tienen mucho en común a pesar del hecho de que los dos grupos divergieron hace cerca de 450 millones de años.

Aunque el pez cebra es un modelo excelente para realizar estudios genéticos, ha habido dos obstáculos importantes que impidieron que los investigadores usaran los peces para estudiar la formación de la sangre, dijo Zon. Los investigadores encontraban dificultades para distinguir tipos de células individuales y no podían trasplantar células alteradas genéticamente en el sistema sanguíneo del pez cebra. Zon y sus colegas ahora han superado ambos obstáculos.

Los investigadores han utilizado la citometría de flujo, que es una técnica que separa rápidamente células individuales según sus propiedades ópticas. En un grupo de experimentos, los investigadores encontraron que podían separar las distintas poblaciones de glóbulos rojos y blancos basándose en sus características de dispersión de la luz. Los científicos explotaron esta propiedad para estudiar las características de las células sanguíneas de los peces mutantes que se sabía tenían defectos en la formación de células sanguíneas.

“Esta sorprendente propiedad de las células sanguíneas del pez cebra resultó ser una gran ventaja para nosotros porque ahora podemos utilizar esta tecnología para examinar algunos de los fenotipos mutantes que encontramos”, dijo Zon. Zon y sus colegas ya han utilizado la técnica para revelar que los portadores de mutaciones particulares -que se pensaba previamente tenían células sanguíneas normales- tienen, en efecto, una formación de sangre aberrante.

En la siguiente serie de experimentos, los investigadores insertaron en los peces genes para proteínas fluorescentes ya sea verdes o rojas, para distinguir las células sanguíneas según su fluorescencia característica. “Hemos podido introducir la expresión de estas dos proteínas fluorescentes en distintas poblaciones de células sanguíneas, y utilizarlas para visualizar la forma en la que las células trasplantadas se comportan cuando se las coloca nuevamente dentro de este animal que se puede visualizar fácilmente”, dijo Zon. “Creemos que esta capacidad de ser altamente selectivo sobre qué poblaciones de células sanguíneas estamos analizando constituye un enorme avance para el campo de investigación”.

Zon y sus colegas luego utilizaron su método de marcación fluorescente para seguir el progreso de trasplantes de células sanguíneas marcadas en peces cebras mutantes s in sangre que carecen de un sistema funcional de formación de sangre, o sistema hematopoyético. Después de que las células fueron trasplantadas, los investigadores pudieron ver fácilmente y de forma precisa la manera en la que las células trasplantadas “rescataron” a las mutantes al restaurar su sistema hematopoyético.

“En experimentos más elaborados, produjimos peces donantes en los cuales los glóbulos blancos tenían la proteína fluorescente verde y los glóbulos rojos tenían la proteína fluorescente roja”, dijo Zon. “De este modo, pudimos seguir el curso de cada uno de estos tipos de células a medida que reconstituían el sistema hematopoyético de los peces mutantes. Encontramos que estos animales mutantes, que normalmente morían en unos pocos días, vivían por muchos meses con células sanguíneas fluorescentes verdes”.

“Hemos podido hacer un trasplante de médula en peces”, dijo Zon. “Nos entusiasma especialmente que ahora podemos observar la forma en la que estas células se dirigen a los órganos de formación de sangre inmediatamente después del trasplante”. La capacidad de seguir las células que forman sangre y de trasplantarlas, dijo Zon, les permitirá a los investigadores analizar detalladamente los defectos celulares en peces mutantes y manipular los peces mutantes para determinar qué genes funcionan incorrectamente. Tales estudios ayudarán a tener una comprensión básica de la formación sanguínea y de la maquinaria que conduce la reconstitución del sistema inmune en los trasplantes, dijo Zon.

“Es posible, mediante nuestra capacidad de distinguir y manipular células troncales, que tengamos una mejor comprensión de los factores que regulan la cantidad de célula troncales y su capacidad de diferenciarse en un tipo particular de tejido”, dijo Zon. “Esperamos que al utilizar las técnicas que hemos desarrollado, podamos aprender a mejorar la producción de células troncales para trasplantes en humanos”.

“Estos resultados también permitirán una mejor comprensión de la forma en la que el trasplante de médula reconstituye el sistema hematopoyético en pacientes con cáncer cuyos sistemas sanguíneos e inmunes han sido diezmados por altas dosis de quimioterapia”, dijo Zon. “La comprensión actual sobre el lugar al que se dirigen las células trasplantadas, la forma en la que se instalan en unidades que forman sangre y el modo en el que se diferencian y proliferan son verdaderamente una caja negra. En la clínica, trasplantamos células troncales de la médula que entran en la circulación y se instalan, y sólo sabemos que se han injertado porque el sistema inmune del paciente comienza a responder”.

Scientist Profile

Investigator
Boston Children's Hospital
Developmental Biology, Genetics

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Jim Keeley
[ 301-215-8858 ]