Las matemáticas ayudan a estudiar la 'diferenciación' de las células madre

Esta imagen muestra la división de células madre asimétricas en un gusano planar mostrando una célula más pequeña con ADN (marcado en rojo) y una célula más grande con un marcador de células madre (ARN smedwi-1) marcado en verde (Foto: Laboratorio Sánchez Alvarado).

 

Todo en el cuerpo humano se compone de células, desde el cabello, las yemas de los dedos a los músculos, pero todas estas células vienen de la misma, la célula madre, un organismo pluripotencial del que derivan el resto de las células del cuerpo. Investigadores del Centro Médico de la Universidad de Columbia han creado una nueva herramienta para describir las muchas formas posibles en que una célula puede desarrollarse. Enraizada en el campo matemático de la topología, el método proporciona una hoja de ruta que ofrece una visión detallada de cómo las células madre dan lugar a células especializadas. El estudio se ha publicado en la revista Nature Biotechnology.

 

Cada organismo comienza con una célula. A medida que esa célula se divide, sus copias se ramifican para convertirse en células especializadas -formando diferentes tejidos para el corazón, hueso o cerebro- en un proceso conocido como diferenciación. Para entender las señales internas y externas que mueven las células a lo largo de este camino, los científicos pueden secuenciar su ARN, el mensajero molecular que traduce el ADN en proteínas y otros productos.

 

Para estudiar el desarrollo celular, los científicos utilizan herramientas matemáticas que analizan cantidades masivas de datos de secuenciación. Pero debido a la complejidad de este proceso, las suposiciones posibles son muy limitadas. Los científicos usaron la topología, un área de matemáticas que estudia las relaciones espaciales entre superficies y formas, para identificar conexiones entre los diferentes estados celulares y los genes que están activos durante cada fase. Como resultado de esta investigación, han desarrollado un algoritmo, llamado análisis de datos topológicos de una sola célula (scTDA), que analiza las secuencias de ARN de las células individuales, reconstruyendo las trayectorias de desarrollo subyacentes.

 

Los investigadores utilizaron scTDA para trazar la trayectoria de las células madre del ratón, que habían programado para convertirse en una célula neurona motora. El mapa indicó correctamente la posible trayectoria evolutiva de estas células, comenzando como células madre y, más tarde, especializándose. Al mirar qué genes estaban activos durante el proceso, los investigadores fueron capaces de identificar las proteínas que parecen guiar el desarrollo celular en diferentes puntos a lo largo del camino. El método también se aplicó para estudiar cómo se desarrollan las células madre de los pulmones y el cerebro.

 

Según los investigadores, este enfoque proporciona una visión profunda del destino potencial de una célula, presentando la oportunidad de alejar las células de caminos que tienen un efecto negativo en su desarrollo. El enfoque se está aplicando actualmente para descubrir la dinámica y la composición celular de procesos biológicos complejos, incluido el cáncer.

 

El estudio de las células madre es uno de los campos a los que más esfuerzos investigativos se dedican, por su potencial en la mejora de la salud humana. Un ejemplo es la posibilidad de regenerar órganos: el pasado octubre, científicos japoneses usaron células musculares cardíacas derivadas de las células madre de un macaco para curar los corazones dañados de otros cinco congéneres. Esto demuestra que, algún día, usar células madre de un donante será un tratamiento viable para regenerar órganos de víctimas de ataques cardíacos.
 

Beatriz de Vera

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