PLoS Biology, 2005; 3(4): (más artículos en esta revista)

Alquimia y la nueva era de la Biología de las células del músculo cardíaco

Biblioteca Pública de la Ciencia
Kenneth R Chien
Resumen

Varios estudios han reclamado para identificar las células madre cardíacas. Pero, ¿qué criterios hacer este tipo de células tienen que cumplir antes de que podamos estar seguros con respecto a su verdadero potencial?

"Alquimia: un proceso de transformación de algo en común algo especial"-Webster 's Dictionary

Un creciente número de estudios está enviando el aislamiento de células madre cardiacas de una variedad de fuentes de tejidos y examinar sus efectos en la promoción de la reparación de las heridas del corazón. En la edición más reciente de PLoS Biology, la historia toma un inesperado, interesante, vale la pena, como Neal Epstein y sus colegas informe el aislamiento de un nuevo tipo de células de músculo esquelético que puede adoptar una muy diferenciados fenotipo de células musculares cardíacas in vitro e in vivo [ 1].

En este estudio, los autores utilizan un procedimiento de aislamiento diferencial para eliminar las células del músculo esquelético y de mioblastos (células musculares inmaduras), y luego recoger las células que son negativos para un marcador de la superficie celular llamado Sca-1. En virtud de las condiciones definidas en vitro, estas células cardiomiocitos adoptar un fenotipo que va más allá de la simple expresión de las PC-Restringido marcadores bioquímicos y moleculares, que se extiende a los tipos de una sola célula de las funciones fisiológicas que son características de auténtico cardiomiocitos, incluyendo potenciales de acción, calcio transitorios , Y de la actividad contráctil. Piden que las células Spoc células, un acrónimo de "esqueleto basado en precursores de cardiomiocitos".

El estudio va a demostrar que estas células pueden adoptar este fenotipo sin la adición de citoquinas o agentes tales como azacytidine que se sabe que activar el gen muscular en el programa nonmuscle células. Las células cardíacas también aprobar el fenotipo in vivo después de su implantación en la isquémica del corazón tras un infarto de miocardio, lo que sugiere una posible utilidad terapéutica de estas células. Desde Spoc células fueron aisladas de músculo esquelético murino, pueden eventualmente permitir el uso de sofisticadas técnicas de seguimiento condicional genéticos para controlar la migración, maduración y diferenciación de las células in vivo en el contexto.

Por supuesto, un estudio con resultados inesperados este también plantea una serie de interesantes preguntas. La determinación de la ubicación de las células Spoc, así como in vivo en el nicho que resguarda a su entrada en el programa diferenciado cardíaco, será valiosa. Una rigurosa exploración origen de su desarrollo y su relación con los otros conocidos tipos de células en el músculo esquelético debe próxima. En este sentido, un conjunto de células madre de músculo esquelético, distinta de mioblastos, también se ha encontrado [2], y se plantea la cuestión de si las células Spoc están relacionadas con estas otras progenitoras de músculo esquelético.

Abundan los precursores de cardiomiocitos

Otros estudios han reportado el aislamiento de células que pueden diferenciarse en músculo cardíaco noncardiac de diversos tejidos. In vitro y los estudios in vivo, han sugerido que estas células pueden adoptar define características de los cardiomiocitos fenotipo cuando se implanta en corazón herido tras el infarto de miocardio. Es posible que estos estudios apuntan a la existencia de un grupo de raros que circulan células precursoras, que son capaces de casa al corazón.

Para entender la procedencia de estas células, se convertirá en fundamental para identificar un conjunto de genes de los productos, o marcadores, que se limitan a Spoc células y a otras posibles células progenitoras. Dado que los protocolos para el aislamiento de la Spoc células se han desarrollado en el ratón, también debería ser posible utilizar el estado de la técnica espacial y temporal de las estrategias de control para activar irreversible linaje marcadores en estas células in vivo en el contexto sin Aislar las células en sí. De esta forma se podrá seguir el destino de estas células a medida que diferenciar. Enfoques similares recientemente se han utilizado para identificar un subconjunto de raros, nativos cardíaca progenitores (que son positivas para el marcador Islet-1) en el recién nacido corazones de los ratones, ratas y seres humanos (Figura 1; [3]]. Explorando la relación de las células Spoc a estos nativos cardioblasts podría revelar comparte las vías que conducen a su formación, la renovación, y la diferenciación.

La definición de una verdadera progenitoras

Una de las salvedades inherentes del presente estudio es la posibilidad de la deriva fenotípica que se presenta con el prolongado crecimiento de cualquier tipo de células. Es posible, por ejemplo, que el programa genético de estas células se transforma con el tiempo de manera que puedan adoptar más fácilmente el fenotipo cardíaco. Corazón y músculo esquelético comparten muchos factores clave de genes reguladores y los programas genéticos, y la pérdida de algunos puestos de control clave negativas de regulación podría permitir a las células a diferenciarse hacia un fenotipo cardíaco. Una vez más, la documentación de la existencia de estas células in vivo en el contexto, sobre todo durante las etapas embrionarias de myogenesis, será clave.

Ya existe un precedente claro para este tipo de deriva fenotípica entre el músculo cardíaco y esquelético. H9c2 células fueron originalmente derivados de la rata corazón, pero en realidad representan mioblastos esqueléticos, porque fusible y forma myotubes siguientes suero retirada. Estas células expresan myogenic factores de la familia MyoD, y no expresan cardíaca-Restringido factores. Aunque las células fueron aisladas inicialmente sobre la base de su expresión de los marcadores cardiacos, este es un ejemplo de deriva fenotípica, es decir, las células se han ido de un fenotipo cardíaco durante repetido pasaje en lugar de simplemente en representación de las células del músculo esquelético de residir en el corazón. Así, el aislamiento de una célula inmadura de un corazón no necesariamente indican que se trata de servir como progenitoras cardiacas o de células madre. Potencialmente, la misma cuestión podría celebrar putativo de células progenitoras cardíacas aisladas de músculo esquelético, en donde observó el fenotipo puede no refleja necesariamente su papel in vivo en músculo esquelético.

Una de las dificultades con la alquimia y esta nueva era de la biología cardíaca myocyte está relacionada con la definición de un riguroso conjunto de criterios que permiten a uno a hacer la afirmación de que el tipo de células de interés es verdaderamente un cardíacas progenitoras o células madre y es la adquisición de una empresa plenamente diferenciadas Fenotipo [4]. En este sentido, el documento por Epstein y sus colaboradores han hecho una labor admirable de gol para los fenotipos funcionales (por ejemplo, después de haber potenciales de acción y los transitorios de calcio), que están mucho más allá de la simple expresión de marcadores de músculo cardíaco, que ha sido el punto final para fenotípica Muchos documentos anteriores en el campo. Además, los autores van a mostrar en la adquisición del fenotipo diferenciado cardíaca in vivo en el estado en la ausencia de la fusión con las células del músculo cardíaco vecinos, que ha sido una variable de confusión en la mayoría de los demás estudios de este tipo. Si un precursor de células simplemente fusiona con una célula completamente diferenciada, en un tejido, se podría fácilmente se deje engañar en pensar que la propia precursor ha diferenciado, como se ha encontrado en muchos tipos de células madre putativa cardíaca [5]. Afortunadamente, se han ideado técnicas para la detección de este tipo de eventos.

En el estudio el creciente número de estudios y de la reivindicación de nuevas células que pueden adquirir algún tipo de corazón fenotipo de células in vitro o in vivo (para una revisión ver [6]], cada vez será más importante la creación de una serie de rigurosos criterios que Distinguir entre las siguientes: auténticas células progenitoras que ya se han comprometido a la cardíaco linaje; células madre pluripotentes que pueden adoptar la poca frecuencia cardíaca fenotipo; fenotípica deriva de otras progenitoras de músculo con una mayor propensión a contraer cardíaca linajes, y una variedad de otros tipos de células Aberrantly que pueden expresar marcadores cardiacos ectópica o por la fusión con las células del músculo cardíaco vecinos.

La búsqueda de células de tipo de marcadores específicos de estas células será fundamental, en oposición generalizada a los marcadores que no se permite la discriminación en vivo de su localización precisa, la movilización y la diferenciación en el músculo intacto. El estándar de oro se convertiría entonces en el aislamiento de las células del órgano intacto después de la diferenciación se ha producido mediante la creación de la base genética o los enfoques basados en anticuerpos para identificar y / o purificar ya la progenie diferenciada de la del músculo intacto. Por otra parte, dos nuevos fotones microscopía confocal enfoques para identificar las células y, a continuación, para vigilar la función cardíaca en el corazón intacto de ser muy valiosa [7].

Durante dos décadas, la mayor parte de nuestro conocimiento de las vías moleculares que guían cardíaca crecimiento, el desarrollo, y la enfermedad ha sido obtenida de una combinación de los estudios in vivo en ratones genéticamente modificadas y cultivos primarios de rata neonatal y de adultos cardiomiocitos. Tal vez el más emocionante científicamente los aspectos de esta nueva era de la biología cardiomiocitos no es simplemente relacionados con la reparación cardíaca. Hasta la fecha, no se han producido continuos cardíaca líneas celulares diferenciadas, hecho que ha impedido el campo durante décadas. El desarrollo del bien caracteriza células progenitoras cardíacas ofrece la promesa real de la utilización de métodos basados en genética para definir rápidamente el complejo de las vías que guían la contractilidad cardiaca, excitabilidad, y la diversificación hacia el linaje auricular, ventricular, y el sistema de conducción myocyte linajes de células.