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¿Qué tipos de vasos sanguíneos pueden regenerarse en humanos / mamíferos?


¿Qué tipos de vasos sanguíneos pueden regenerarse en humanos / mamíferos? Por lo que tengo entendido, las arterias y las arteriolas se pueden crear más adelante en la vida, mientras que este no es necesariamente el caso de las venas. Sin embargo, no entiendo por qué se recuperan los vasos sanguíneos dañados en un ojo, mientras que este no es el caso de otras partes del cuerpo. Además, no entiendo cómo funcionan los agentes angiogénicos.

Los tipos de vasos sanguíneos en los que he estado pensando incluyen:

  • Arterias
  • Arteriolas
  • Capilares
  • Vénulas
  • Venas

Además, ¿la capacidad varía en diferentes órganos (por ejemplo, vasos sanguíneos en una mano frente a vasos sanguíneos en un ojo)?


Los tipos de vasos sanguíneos en su cuerpo

Los vasos sanguíneos son redes intrincadas de tubos huecos que transportan sangre por todo el cuerpo para que pueda entregar nutrientes valiosos y eliminar los desechos de las células. Estos tubos están formados por capas de tejido conectivo y músculo con una capa interna formada por células endoteliales.

En capilares y sinusoides, el endotelio comprende la mayor parte del vaso. El endotelio de los vasos sanguíneos es continuo con el tejido que recubre el interior de órganos como el cerebro, los pulmones, la piel y el corazón. En el corazón, esta capa interna se llama endocardio.


Reparación y regeneración de órganos: una descripción general

Varios órganos tienen la capacidad intrínseca de regenerarse, una característica distintiva que varía entre los organismos. La regeneración de órganos es un proceso que aún no se comprende completamente. Sin embargo, cuando se desentrañan sus mecanismos subyacentes, tiene un enorme potencial terapéutico para los seres humanos. En esta revisión, elegimos resumir el potencial de reparación y regeneración de los siguientes órganos y sistemas de órganos: timo, glándula suprarrenal, glándula tiroides, intestino, pulmones, corazón, hígado, vasos sanguíneos, células germinales, sistema nervioso, tejidos oculares, cabello células, riñón y vejiga, piel, folículos pilosos, páncreas, hueso y cartílago. Para cada órgano, se presenta una revisión de lo siguiente: (a) factores, vías y células que están involucradas en la capacidad regenerativa intrínseca del órgano, (b) contribución de células exógenas, como células progenitoras, células madre embrionarias, pluripotentes inducidos células madre y células madre derivadas de la médula ósea, el tejido adiposo y la sangre del cordón umbilical - en la reparación y regeneración de órganos en ausencia de una capacidad regenerativa intrínseca innata, (c) y el progreso realizado en la ingeniería de andamios y tejidos bio-artificiales, y órganos. La regeneración de órganos es una terapia prometedora que puede aliviar a los humanos de enfermedades que aún no se han curado. También es superior a los tratamientos ya existentes que utilizan fuentes exógenas para sustituir la estructura y / o función perdidas del órgano.


Cuatro tipos básicos de tejido que se encuentran en humanos y animales

El epitelio es un tejido compuesto por capas de células que recubren las cavidades y las superficies de las estructuras a través del cuerpo y lo alejan. También es el tipo de tejido del que se forman muchas glándulas. El epitelio recubre tanto el exterior (piel) como el interior de las cavidades y la luz de los cuerpos.

La capa más externa de nuestra piel está compuesta de células epiteliales queratinizadas escamosas estratificadas muertas. El tejido epitelial está formado por células muy compactas dispuestas en láminas planas. Los epitelios forman la superficie de la piel, recubren las diversas cavidades y tubos del cuerpo y cubren los órganos internos.

Subconjuntos de tejido epitelial:

Las membranas mucosas que recubren el interior de la boca, el esófago y parte del recto están revestidas por epitelio escamoso estratificado no queratinizado. Otras cavidades corporales abiertas al exterior están revestidas por células epiteliales cilíndricas o escamosas simples.

Otras células epiteliales recubren el interior de los pulmones, el tracto gastrointestinal, los tractos reproductivo y urinario y forman las glándulas exocrinas y endocrinas. La superficie exterior de la córnea está cubierta de células epiteliales de rápido crecimiento y fácil regeneración. Las funciones de las células epiteliales incluyen secreción, absorción y timidez, protección, transporte transcelular, detección de sensaciones y permeabilidad selectiva. El endotelio (el revestimiento interno de los vasos sanguíneos, el corazón y los vasos linfáticos) es una forma especializada de epitelio. Otro tipo, el mesotelio, forma las paredes del pericardio, la pleura y el peritoneo.

Función:

La función de los epitelios siempre refleja el hecho de que son límites entre masas de células y una cavidad o espacio.

El epitelio de la piel protege los tejidos subyacentes de:

El epitelio columnar del intestino:

I. Secreta enzimas digestivas en el intestino.

ii. Absorbe los productos de la digestión del intestino.

Clasificación:

En los seres humanos, el epitelio se clasifica como tejido corporal primario, los otros son tejido conectivo, tejido muscular y tejido nervioso. El epitelio se define a menudo por la expresión de la molécula de adhesión e-cadherina, a diferencia de la n-cadherina, que utilizan las células del tejido conectivo.

Las células epiteliales se clasifican según los siguientes tres factores:

Forma (de la mayoría de las células superficiales):

Todas las células escamosas son células con forma irregular aplanada. Una capa unicelular de epitelio escamoso simple forma los alvéolos de la membrana respiratoria y el endotelio de capil & shylaries y es una barrera mínima para la difusión. Las células escamosas se pueden encontrar incluidas en los túbulos de filtración de los riñones y las principales cavidades del cuerpo. Estas células son relativamente inactivas metabólicamente y están asociadas con la difusión de agua, electrolitos y otras sustancias.

Como sugiere el nombre, estas celdas tienen una forma similar a un cubo, lo que significa que su ancho es del mismo tamaño que su altura. Los núcleos de estas células suelen estar ubicados en el centro. El epitelio cuboidal forma las glándulas del conducto más pequeñas y muchos túbulos renales.

Estas celdas son más altas que anchas. El epitelio columnar simple está formado por una sola capa de dichas células. El núcleo también está más cerca de la base de la célula. El intestino delgado es un órgano tubular revestido con este tipo de tejido. Las glándulas unicelulares llamadas células caliciformes se encuentran dispersas a través de las células epiteliales cilíndricas simples y las rehuyen y secretan moco. La superficie libre de las células columnares tiene proyecciones diminutas en forma de cabello llamadas microvellosidades. Aumentan la superficie de absorción.

Este es un tipo especializado de epitelio que recubre los órganos que se pueden estirar, como el urotelio que recubre la vejiga y el uréter de los mamíferos. Dado que las células pueden deslizarse unas sobre otras, la apariencia de este epitelio depende de si el órgano está distendido o contraído: si está distendido, parece que solo hay unas pocas capas cuando se contraen, parece que hay varias capas.

Hay una sola capa de células.

Más de una capa de células. La capa superficial se utiliza para clasificar la capa. Solo una capa toca la lámina basal. Las células estratificadas generalmente pueden soportar grandes cantidades de estrés.

3. Pseudoestratificado con cilios:

Solo hay una capa de células, pero la posición de los núcleos da la impresión de que está estratificada.

1. Células queratinizadas:

Contienen queratina (una proteína citoesquelética). Si bien el epitelio queratinizado se encuentra principalmente en la piel, también se encuentra en la boca y la nariz, lo que proporciona una barrera resistente e impermeable.

2. Células ciliadas:

Tienen extensiones apicales de la membrana plasmática compuestas por microtúbulos capaces de latir rítmicamente para mover el moco u otras sustancias a través de un conducto. Los cilios son comunes en el sistema respiratorio y el revestimiento del oviducto.

Estos se derivan del mesodermo:

Revestimiento exterior de los pulmones y revestimiento interior de la cavidad torácica.

Revestimiento exterior de todos los órganos abdominales y revestimiento interior de la cavidad abdominal.

El revestimiento exterior del corazón.

El revestimiento interno del corazón, toda la sangre y los vasos linfáticos se derivan del mesodermo. La superficie basolateral de todos los epitelios está expuesta al ambiente interno (ECF). Toda la lámina de células epiteliales está adherida a una capa de matriz extracelular que se llama membrana basal o, mejor (porque no es una membrana en el sentido biológico), lámina basal.

Un epitelio también recubre nuestras vías respiratorias y los alvéolos de los pulmones. Secreta moco que evita que se seque y atrapa las partículas de polvo inhaladas. La mayoría de sus células tienen cilios en su superficie apical que impulsan el moco con su carga de materia extraña hacia la garganta.

Tejido Tipo # 2. Tejido conectivo:

Como sugiere el nombre, el tejido conectivo mantiene todo unido. Se caracteriza por la separación de las células por material no vivo, lo que se denomina matriz extracelular. El tejido conectivo se deriva del mesodermo y participa en la estructura y el soporte.

Las células del tejido conectivo están incrustadas en una gran cantidad de material extracelular. Esta matriz es secretada por las células. Consiste en fibras de proteína incrustadas en una mezcla amorfa de moléculas de proteína-polisacárido (& # 8216 proteoglicano & # 8217). El colágeno es la principal proteína del tejido conectivo en los animales y la proteína más abundante en los mamíferos, y constituye aproximadamente el 25% del contenido total de proteínas.

La sangre, el cartílago y el hueso generalmente se consideran tejido conectivo, pero debido a que difieren tan sustancialmente de los otros tejidos de esta clase, la frase & # 8216 tejido conectivo propiamente dicho & # 8217 se usa comúnmente para excluir esos tres. También existe variación en la clasificación de los tejidos conectivos embrionarios.

Tejido conectivo adecuado:

Tejido conectivo de apoyo:

Da fuerza, apoyo y protección a las partes blandas del cuerpo.

Esto incluye:

El cuerpo humano contiene 206 huesos de diferentes formas y tamaños. Es una matriz extracelular muy dura y un tejido dinámico.

Las funciones del hueso incluyen:

I. Mantenimiento de forma externa

ii. Soporte de soporte de peso

iii. Sitio para la unión de los músculos

iv. Protección de órganos internos

v. Almacena calcio y fósforo

vi. Sitio del sistema hematopoyético (en la médula ósea)

vii. Facilita los movimientos

El hueso es un tejido conectivo mineralizado. Su matriz contiene material orgánico (35%) e inorgánico (65%). La materia orgánica es principalmente proteínas. El componente inorgánico o mineral es principalmente hidroxiapatita cristalina, Ca10 (CORREOS4)6(OH)2 junto con iones de sodio, magnesio, carbonato y fluoruro. El 99% del calcio corporal está en el hueso, lo que le da fuerza.

Las principales proteínas que se encuentran en el hueso son el colágeno tipo I y V. Las proteínas distintas del colágeno incluyen CS-PG I, II y III (condroitín sulfato-proteoglicano), osteonectina, osteocalcina, osteopontina, sialoproteína ósea y proteínas morfogenéticas óseas. Los componentes del hueso son la médula, el periostio, el endostio y las células óseas en diversas etapas de desarrollo y desarrollo. Las células del tejido óseo son células osteoprogenitoras, osteoblastos, osteocitos y osteoclastos.

Son células mononucleadas que sintetizan la mayoría de las proteínas (la vitamina D es esencial y tímida). Son responsables del depósito de nueva matriz ósea (osteoide) y la posterior mineralización. Controlan la mineralización mediante el paso de iones calcio y fosfato. Las membranas contienen la enzima fosfatasa alcalina, que hidroliza los fosfatos orgánicos para liberar iones fosfato.

Durante la formación de hueso, los osteoblastos secretan proteínas de colágeno y no colágeno para formar la matriz orgánica. Las proteínas de la matriz se vuelven insolubles y se produce la deposición de calcio y fosfato (mineralización) y se convierten en hidroxiapatita. A medida que avanza la mineralización, los osteoblastos están rodeados de tejido óseo y se diferencian en osteocitos.

Son células en forma de estrella (más abundantes en hueso). Estas células están conectadas entre sí a través de largos procesos que ocupan pequeños canales llamados canalículos. Estos canalículos intercambian nutrientes y desechos y mantienen el tejido óseo. Alrededor de estas células se depositan hidroxiapatita, carbonato cálcico y fosfato cálcico.

Son células multinucleadas. Los osteoclastos juegan un papel clave en la reabsorción ósea (diso y resorción del hueso). Las enzimas lisosomales digieren las proteínas de la matriz ósea a pH 4 y dan como resultado la disolución de la matriz ósea. Los iones de hidrógeno se producen por la acción de la anhidrasa carbónica II.

Los productos de la reabsorción ósea, principalmente iones de calcio y fósforo, se transfieren a los capilares sanguíneos. La formación de hueso (osteoblastos) es estimulada por la hormona paratiroidea (PTH), vitamina D, andrógenos, hormona del crecimiento, insulina e inhibida por el cortisol. La reabsorción ósea (osteoclastos) también es estimulada por hormona paratiroidea y timona, hormonas tiroideas (T3), cortisol, vitamina D e inhibida por calcitonina y estrógenos.

Trastornos óseos:

Hay una reducción progresiva del tejido óseo por unidad de volumen (densidad ósea) que causa debilidad esquelética y fracturas de varios huesos. Algunos factores como los estrógenos y las interleucinas 1 y 6 están involucrados en la estimulación de los osteoclastos. Los factores genéticos y ambientales están involucrados en la reabsorción ósea, incluida la mala alimentación (calcio y vitamina D), el tabaquismo, el consumo de alcohol y la falta de ejercicio.

Osteopetrosis (enfermedad de los huesos de mármol):

Aumento de la densidad ósea debido a la incapacidad de reabsorber hueso. Se debe a la mutación en el gen que codifica la anhidrasa carbónica II (CA II). Por tanto, si CA II tiene una actividad deficiente en los osteoclastos, no se produce una resorción ósea normal.

El raquitismo es un trastorno infantil caracterizado por deformidades óseas debidas a minerales defectuosos y timidez del hueso. Más comúnmente debido a la deficiencia de vitamina D que estimula la absorción intestinal y la timidez de calcio y fosfato.

Se observa en adultos como resultado de la desmineralización de los huesos, especialmente en mujeres que tienen poca exposición a la luz solar a menudo después de varios embarazos. La suplementación dietética con huevo, aceite de hígado de bacalao e hígado puede ayudar a recuperar este problema.

Unión del tejido conectivo:

Une las partes del cuerpo juntas. Esto incluye:

Conecte el músculo al hueso. La matriz es principalmente colágeno y las fibras están todas orientadas paralelas entre sí. Los tendones son fuertes pero no elásticos.

Une un hueso a otro. Contienen colágeno y la proteína elastina. La elastina permite que los ligamentos se estiren.

Tejido conectivo fibroso:

Se distribuye por todo el cuerpo. Sirve como material de empaque y unión para la mayoría de nuestros órganos. En la matriz se encuentran colágeno, elastina y otras proteínas. La fascia es tejido conectivo fibroso que une los músculos y une la piel a las estructuras subyacentes.

El tejido adiposo es tejido conectivo fibroso en el que las células están casi llenas de aceite. El aceite está confinado dentro de gotitas unidas a la membrana. Las células del tejido adiposo, llamadas adipocitos, secretan varias hormonas, incluidas la leptina y la adiponectina. Todas las formas de tejido conectivo se derivan de células llamadas fibroblastos, que secretan la matriz extracelular.

Tejidos conectivos embrionarios:

Hay dos tipos de tejidos conectivos embrionarios a saber. Tejido conjuntivo mesénquico y tímido y tejido conjuntivo mucoso.

Trastornos del tejido conectivo:

Los diversos trastornos del tejido conectivo que pueden ser tanto hereditarios como ambientales son:

I. Síndrome de Marfan: una enfermedad genética que causa fibrilina anormal.

ii. Síndrome de Loeys-Dietz: una enfermedad genética relacionada con el síndrome de Marfan, con énfasis en el deterioro vascular.

iii. Pseudoxantoma elástico: Enfermedad hereditaria autosómica recesiva, causada por la calcificación y fragmentación de las fibras elásticas, que afecta la piel, los ojos y el sistema cardiovascular.

iv. Lupus eritematoso sistémico: trastorno inflamatorio crónico, multisistémico, de probable etiología autoinmune y tímida, que se presenta predominantemente en mujeres jóvenes.

v. Fibrodisplasia osificante progresiva: Enfermedad del tejido conectivo, causada por un gen defectuoso que convierte el tejido conectivo en hueso.

vi. Neumotórax espontáneo: pulmón colapsado, que se cree que está relacionado con anomalías sutiles en el tejido conectivo.

vii. Sarcoma: proceso neoplásico que se origina en el tejido conectivo.

Matriz extracelular (ECM):

Las células del tejido conectivo están incrustadas en una gran cantidad de material extracelular (MEC). Esta matriz es secretada por las células.

Los principales componentes de ECM son:

Esto incluye:

(a) Proteínas fibrosas estructurales (colágeno y elastina)

(b) Proteínas especializadas para la adhesión celular (fibrilina, fibronectina y amp laminina)

Esto incluye cadenas de polisacáridos, llamadas glicosaminoglicanos (GAG), que a menudo se encuentran unidas covalentemente a proteínas.

Estos son el componente principal de la ECM y constituyen el 25% de todas las proteínas en los mamíferos. Se distribuyen en varios tejidos como piel, huesos, tendones, vasos sanguíneos, córnea, cartílago, discos intervertebrales y vítreos como formadores de fibrillas. Como una red que se forma, está presente en las membranas basales y debajo del equitelio escamoso.

La mayoría de los colágenos son de triple hélice (tres cadenas a) que se enrollan entre sí para formar una estructura en forma de hilo (fibrilla). Cada cadena está compuesta por 1000 aminoácidos, ricos en glicina y prolina. La glicina, el aminoácido más pequeño, se encuentra en una de cada tres posiciones de la cadena polipeptídica que permite formar la triple hélice. La secuencia repetida de la hélice es -Gly-X-Y donde X es a menudo prolina Y a menudo es hidroxiprolina o hidroxilisina (aproximadamente 100 de cada uno).

La prolina y la hidroxiprolina confieren rigidez (fuerza) a la molécula de colágeno. La hidroxiprolina e hidroxilisina se forman por hidroxilación postraduccional catalizada por prolil hidroxilasa y lisil hidroxilasa, respectivamente. El ácido ascórbico y un cetoglutarato son cofactores de las enzimas. Algunos de los residuos de hidroxi lisilo se modifican mediante la adición de galactosa o galactosil-glucosa a través de un enlace O-glicosídico. Los colágenos se sintetizan como precolágenos, luego en pro colágeno y finalmente se convierten en colágenos.

Algunas de las enfermedades comunes relacionadas con el colágeno de ECM son:

Síndrome de Ehlers-Danlos (EDS):

Es un trastorno genético en la molécula de colágeno en el que el colágeno tipo III es deficiente. Esto puede resultar de la deficiencia de la enzima hidroxilasa o mutaciones en las secuencias de aminoácidos en la síntesis de colágeno. Da lugar a un deterioro progresivo de los colágenos, con diferentes tipos de SED que afectan a diferentes sitios del cuerpo, como articulaciones, válvulas cardíacas, paredes de órganos, paredes arteriales, etc. Los problemas cutáneos y vasculares son los principales síntomas que se expresan.

Osteogénesis imperfecta (enfermedad de los huesos frágiles):

También es un grupo de trastornos hereditarios, causados ​​por una producción insuficiente de colágeno de buena calidad para producir huesos sanos y fuertes. Se caracteriza por tener huesos que se doblan o se fracturan y tímidamente con facilidad. La enfermedad de tipo I se presenta en la primera infancia con fracturas y timidez y de tipo II, es más grave y los pacientes mueren en el útero. La mayoría de los pacientes tienen mutaciones en el gen que sustituye a la glicina por aminoácidos voluminosos de la cadena lateral.

Es una proteína del tejido conectivo con apoyos similares al caucho y tímidos presentes en los pulmones, las paredes de las arterias grandes, la vejiga y los ligamentos elásticos. Se pueden estirar varias veces su longitud normal, pero retroceden a su forma original cuando se relaja la fuerza de estiramiento.

La elastina es una proteína insoluble sintetizada a partir del precursor, la tropo elastina, que es un solo gen. El polipéptido forma una conformación de espiral aleatoria. La pro elastina contiene 700 aminoácidos, principalmente glicina, alanina y valina, que son pequeños y apolares.

También es rico en prolina y lisina, pero contiene poca hidroxiprolina pero no hidroxilisina. Algunos de los residuos de lisilo se desaminan oxidativamente para formar aldehído que contiene residuos de alisina. Tres residuos de alisilo y un lisilo inalterado forman la red llamada reticulación de desmosina y esto produce una elasticidad similar a la del caucho.

Enfisema y α1 antitripsina:

En el pulmón normal, los alvéolos están expuestos a niveles bajos de elastasa neutrófila y tímida, liberada por los neutrófilos activados y en degeneración. Esta actividad proteolítica puede destruir la elastina en las paredes de los alvéolos de los pulmones. El inhibidor más importante de esta elastasa es la antitripsina cuya deficiencia conduce a la destrucción de la elastina, provocada por la acción de la elastasa y resulta en una enfermedad denominada enfisema.

Fibrilina, Fibronectina y Laminina:

La fibrilina es una glicoproteína grande que es un componente estructural de las microfibrillas. El síndrome de Marfan se debe a una mutación en el gen de la fibrilina, que afecta el cristalino, el sistema esquelético y el sistema cardiovascular. La fibronectina es una glicoproteína importante involucrada en la adhesión celular y la migración celular. La laminina es un componente proteico principal de las láminas glomerulares renales y otras láminas basales.

Proteoglicanos y glucosaminoglicanos & # 8217s (GAG):

Los glicosaminoglicanos y # 8217 generalmente están ligados a proteínas a partir de proteoglicanos. Los GAG ocupan grandes cantidades de espacio y forman geles hidratados y resisten la compresión y la compresión.

Sus principales funciones son:

I. Actuar como componentes estructurales del ECM

ii. Tienen una interacción específica con colágeno, elastina, fibronectina, laminina y factores de crecimiento.

iii. Como los polianiones se unen a los policationes

iv. Contribuir a la turgencia característica de varios tejidos.

v. Actuar como tamices en el ECM Facilitar la migración celular

vi. Tiene un papel en la compresibilidad del cartílago en la carga (ácido hialirónico y sulfato de condroitina)

vii. Desempeñar un papel en la transparencia corneal (Sulfato de queratina I y Sulfato de dermatán)

viii. Tiene un papel estructural en la esclerótica (sulfato de dermatán)

ix. Actuar como anticoagulante (heparina)

X. Son componentes de la membrana plasmática y actúan como receptores y participan en la adhesión celular y en las interacciones de célula a célula (sulfato de heparina)

xi. Determinar la selectividad de carga del glomérulo renal (sulfato de heparina)

xii. Son componentes de vesículas sinápticas y de otro tipo.

Mucopolisacaridosis:

Se trata de trastornos hereditarios que se caracterizan por la acumulación de GAG ​​en varios tejidos, lo que provoca deformidades de la matriz esquelética y extracelular y retraso mental. Son causadas por la deficiencia de una de las enzimas en la degradación lisosomal del sulfato de heparina y el sulfato de dermatán. Algunos ejemplos son el síndrome de Hunter, el síndrome de Hurler y el síndrome de Sanfilippo.

Tejido Escriba # 3. Tejido muscular:

El músculo (del latín musculus, diminutivo de mus & # 8216mouse & # 8217) es tejido contráctil del cuerpo y se deriva de la capa mesodérmica de las células germinales embrionarias. Las células musculares contienen filamentos contráctiles que se mueven entre sí y cambian el tamaño de la célula. Se clasifican en músculos esqueléticos, cardíacos o lisos. Su función es producir fuerza y ​​provocar movimiento, ya sea locomoción o movimiento dentro de los órganos internos. La contracción del músculo cardíaco y liso ocurre sin pensamiento consciente y es necesaria para la supervivencia.

Los ejemplos son la contracción del corazón y la peristalsis que empuja los alimentos a través del sistema digestivo. La contracción voluntaria de los músculos esqueléticos se utiliza para mover el cuerpo y puede controlarse con precisión. Los ejemplos son los movimientos del ojo o movimientos brutos como el músculo cuádriceps del muslo. Hay dos tipos amplios de fibras musculares voluntarias: contracción lenta y contracción rápida. Las fibras de contracción lenta se contraen durante largos períodos de tiempo pero con poca fuerza, mientras que las fibras de contracción rápida se contraen rápida y poderosamente, pero se fatigan muy rápidamente.

Tipos de músculos:

Hay tres tipos de músculos:

1. Músculo liso o músculo involuntario:

Se encuentra dentro de las paredes de órganos y estructuras como el esófago, estómago, intestinos, bronquios, útero, uretra, vejiga, vasos sanguíneos e incluso la piel (en la que controla la erección del vello corporal). A diferencia del músculo esquelético, el músculo liso no está bajo control consciente.

2. Músculo cardíaco o músculo involuntario:

Tiene una estructura más parecida a la del músculo esquelético y solo se encuentra en el corazón. Los músculos cardíacos y esqueléticos están & # 8216 estriados & # 8217, es decir, contienen sarcómeros y están agrupados en arreglos muy regulares de haces. El músculo liso no tiene ninguno de los dos. Mientras que los músculos esqueléticos están dispuestos en haces paralelos regulares, el músculo cardíaco se conecta en ramificaciones, formando ángulos irregulares (llamados discos intercalados). El músculo estriado se contrae y se relaja en ráfagas cortas e intensas, mientras que el músculo liso mantiene contracciones más largas o casi permanentes.

3. Músculo esquelético o músculo voluntario:

Está anclado por tendones al hueso y se utiliza para afectar el movimiento esquelético, como la locomoción y el mantenimiento de la postura. Aunque este control postural generalmente se mantiene como un reflejo subconsciente, los músculos responsables reaccionan al control consciente como músculos no posturales. El cuerpo de un hombre adulto promedio está compuesto por un 40-50% de músculo esquelético y el de una mujer adulta promedio está compuesto por un 30-40% (como porcentaje de la masa corporal).

El músculo esquelético se divide en varios subtipos:

El músculo oxidativo lento, de contracción lenta o & # 8216rojo & # 8217 es denso con capilares y es rico en mitocondrias y mioglobina, lo que le da al tejido muscular su característico color rojo. Puede transportar más oxígeno y mantener la actividad aeróbica.

Músculo de contracción rápida, tiene tres tipos principales que son, en orden creciente de velocidad contráctil:

Como músculo lento, es aeróbico, rico en mitocondrias y capilares y aparece de color rojo.

(b) Tipo IIx: (también conocido como tipo IId):

Esto es menos denso en mitocondrias y mioglobina. Este es el tipo de músculo más rápido en humanos. Puede contraerse más rápidamente y con una mayor cantidad de fuerza que el músculo oxidativo, pero solo puede soportar ráfagas anaeróbicas cortas de actividad antes de que la contracción muscular se vuelva dolorosa (a menudo atribuida incorrectamente a una acumulación y tímido de ácido láctico).

Este es un músculo anaeróbicamente glucolítico & # 8216 blanco & # 8217 que es aún menos denso en mitocondrias y mioglobina. En animales pequeños como los roedores, este es el principal tipo de músculo rápido, lo que explica el color pálido de su carne.

Estructura del músculo:

El músculo está compuesto principalmente por células musculares. Dentro de las células hay miofibrillas, las miofibrillas contienen sarcómeros, que están compuestos de actina y miosina. Las fibras musculares individuales están rodeadas de endomisio. Las fibras musculares están unidas por perimisio en haces llamados fasci & shycles, los haces luego se agrupan para formar músculo, que está encerrado en una vaina de epimisio.

Los husos musculares se distribuyen por los músculos y proporcionan información de retroalimentación sensorial al sistema nervioso central. El músculo esquelético está organizado en músculos discretos, un ejemplo de los cuales es el bíceps braquial. Está conectado por tendones a procesos del esqueleto.

El músculo cardíaco es similar al músculo esquelético tanto en composición como en acción, está compuesto por miofibrillas de sarcómeros, pero es anatómicamente diferente en que las fibras musculares están típicamente ramificadas como un árbol y se conectan a otras fibras del músculo cardíaco a través de discos intercalados, y forman la apariencia de un sincidum.

Los tres tipos de músculos (esquelético, cardíaco y liso) tienen diferencias significativas. Sin embargo, los tres utilizan el movimiento de la actina contra la miosina para crear contracción. En el músculo esquelético, la contracción es estimulada por impulsos eléctricos transmitidos por los nervios, los nervios motores y las motoneuronas en particular.

Las contracciones del músculo cardíaco y liso son estimuladas por células marcapasos interno que regularmente se contraen y propagan las contracciones a otras células musculares con las que están en contacto. Todo el músculo esquelético y muchas contracciones del músculo liso son facilitadas por el neurotransmisor acetil y shycholine.

Enfermedades del músculo:

Enfermedad neuromuscular:

Los síntomas de las enfermedades musculares pueden incluir debilidad, espasticidad, mioclonías y mialgias. Los procedimientos de diagnóstico que pueden revelar trastornos musculares incluyen la prueba de los niveles de creatina quinasa en la sangre y la electromiografía (medición de la actividad eléctrica en los músculos).

En algunos casos, se puede realizar una biopsia muscular para identificar una miopatía, así como pruebas genéticas para identificar anomalías del ADN asociadas con miopatías y distrofias específicas. Las enfermedades neuromusculares son aquellas que afectan a los músculos y / o su control nervioso.

En general, los problemas con el control nervioso pueden causar espasticidad o parálisis, según la ubicación y la naturaleza del problema. Una gran proporción de los trastornos neurológicos provocan problemas de movimiento, que van desde un accidente cerebrovascular (accidente cerebrovascular) y la enfermedad de Parkin & Shyson & # 8217 hasta la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.

Se está experimentando una técnica de elastografía no invasiva que mide el ruido muscular para proporcionar una forma de monitorizar la enfermedad neuromuscular. El sonido producido por un músculo proviene del acortamiento de los filamentos de actomiosina a lo largo del eje del músculo. Durante la contracción, el músculo se acorta a lo largo de su eje longitudinal y se expande a lo largo del eje transversal, produciendo vibraciones en la superficie.

Hay muchas enfermedades y afecciones que causan una disminución de la masa muscular, conocida como atrofia muscular, p. Ej. Cáncer y SIDA, que inducen un síndrome de desgaste corporal llamado caquexia. Otros síndromes o afecciones que pueden inducir atrofia del músculo esquelético son la cardiopatía congestiva y algunas enfermedades del hígado.

Hay una disminución gradual en la capacidad para mantener la función y la masa del músculo esquelético, lo que se conoce como sarcopenia. Se desconoce la causa exacta de la sarcopenia, pero puede deberse a una combinación de la falla gradual en las & # 8216 células satélite & # 8217 que ayudan a regenerar las fibras del músculo esquelético, y una disminución en la sensibilidad o la disponibilidad de factores críticos de crecimiento secretados. que son necesarios para mantener la masa muscular y la supervivencia de las células satélite. La sarcopenia es un aspecto normal del envejecimiento y en realidad no es un estado patológico.

Inactividad física y atrofia:

La inactividad y el hambre en roedores y mamíferos conducen a la atrofia del músculo esquelético, acompañada de un menor número y tamaño de las células musculares, así como un menor contenido de proteínas. En los seres humanos, se sabe que los períodos prolongados de inmovilización, como en los casos de reposo en cama o astronautas volando en el espacio, provocan debilitamiento y atrofia muscular. Estas consecuencias también se observan en pequeños mamíferos en hibernación como las ardillas terrestres de manto dorado y los murciélagos marrones.

Tejido Escriba # 4. Tejido nervioso:

La función del tejido nervioso es comunicarse entre las partes del cuerpo. Está compuesto por neuronas, que transmiten impulsos, y las células de la neuroglia, que ayudan a la propagación del impulso nervioso y proporcionan nutrientes a la neurona. Todos los tejidos nerviosos constituyen el sistema nervioso, que incluye el cerebro, la médula espinal y los nervios.

El tejido nervioso está especializado para reaccionar a los estímulos y conducir impulsos a varios órganos del cuerpo que provocan la respuesta a los estímulos. Los tejidos nerviosos (como en el cerebro, la médula espinal y los nervios periféricos que se ramifican por todo el cuerpo) están formados por células nerviosas especializadas llamadas & # 8216neuronas & # 8217, unidas por tejido conectivo.

Una vaina de tejido conectivo denso, el epineuro rodea el nervio. Esta vaina penetra en el nervio para formar el perineuro que rodea los haces de fibras nerviosas. Se pueden ver vasos sanguíneos de varios tamaños en el epineuro. El endoneuro, que consiste en una capa delgada de tejido conectivo laxo, rodea las fibras nerviosas individuales. Las células gliales también forman parte del nervio.

Neuronas:

Funcionan para la conducción de impulsos nerviosos.

Una neurona típica consta de:

Un cuerpo celular que contiene el núcleo.

Varias fibras cortas denominadas dendritas, que se extienden desde el cuerpo celular.

A single long fiber, the axon

Classification of Neurons:

The neurons are classified— Based upon function as:

(1) Sensory (or afferent) neurons:

Those that conduct impulses from the sensory organs to the central nervous system (brain and spinal cord) are called sensory (or afferent) neurons.

(2) Motor (or efferent) neurons:

These conduct impulses from the central nervous system to the effector organs (such as muscles and glands).

Those that connect sensory neurons to motor neurons are called interneurons (also known as connector neurons or association neurons).

Based upon structure as:

Sensory neurons have only a single process or fibre which divides close to the cell body into two main branches (axon and dendrite). Because of their structure they are often referred to as unipolar neurons.

Motor neurons, which have numerous cell processes (an axon and many dendrites), are often referred to as multipolar neurons. Interneurons are also multipolar.

Bipolar neurons are spindle-shaped, with a dendrite at one end and an axon at the other. An example can be found in the light-sensitive retina of the eye.

Structure of a motor neuron:

A motor neuron has many processes (cytoplasmic extensions) called ‘dendrites’, which enter a large, grey cell body at one end. A single process, the ‘axon’, leaves at the other end, extending towards the dendrites of the next neuron or to form a motor endplate in a muscle. Dendrites are usually short and divided while the axons are very long and do not branch freely.

The impulses are transmitted through the motor neuron in one direction, i.e. into the cell body by the dendrites and away from the cell body by the axon. The cell body is enclosed by a cell (plasma) membrane and has a central nucleus. Granules called Nissl bodies are found in the cytoplasm of the cell body.

Within the cell body, extremely fine neurofibrils extend from the dendrites into the axon. The axon is surrounded by the myelin sheath, which forms a whitish non-cellular fatty layer around the axon. Outside the myelin sheath is a cellular layer called the neurilemma or sheath of Schwann cells. The myelin sheath together with the neu­rilemma is also known as the medullary sheath. This medullary sheath is interrupted at intervals by the nodes of Ranvier.

Neuronal Communication:

Nerve cells are functionally connected to each other at a junction known as synapse, where the terminal branches of an axon and the dendrites of another neuron lie in close proximity to each other but normally without direct contact. Information is transmitted across the gap by chemical secretions called neurotransmitters. It causes activation in the post-synaptic cell. The nerve impulse is conducted along the axon. The tips of axons meet other neurons at junctions called synapses, muscles (called neuromuscular junctions) and glands.

Glial cells surround neurons. Once thought to be simply support for neurons (glia = glue), they turn out to serve several important functions.

Hay tres tipos:

These produce the myelin sheaths that surround many axons in the peripheral nervous system.

These produce the myelin sheaths that surround many axons in the central nervous system (brain and spinal cord).

These are often star-shaped and the cells are clustered around synapses and the nodes of Ranvier where they perform a variety of functions viz. stimulating the formation of new synapses, modulating the activity of neurons, repairing damage and supplying neurons with materials secured from the blood. [It is primarily the metabolic activity of astrocytes that is being measured in brain imaging by positron-emission tomography (PET) and functional magnetic resonance imaging (fMRI)].


Builders and Blocks – Engineering Blood Vessels with Stem Cells

Back in 2001, when we first began studying how regenerative cells (stem cells or more mature progenitor cells) enhance blood vessel growth, our group as well as many of our colleagues focused on one specific type of blood vessel: arteries. Arteries are responsible for supplying oxygen to all organs and tissues of the body and arteries are more likely to develop gradual plaque build-up (atherosclerosis) than veins or networks of smaller blood vessels (capillaries). Once the amount of plaque in an artery reaches a critical threshold, the oxygenation of the supplied tissues and organs becomes compromised. In addition to this build-up of plaque and gradual decline of organ function, arterial plaques can rupture and cause severe sudden damage such as a heart attack. The conventional approach to treating arterial blockages in the heart was to either perform an open-heart bypass surgery in which blocked arteries were manually bypassed or to place a tube-like “stent” in the blocked artery to restore the oxygen supply. The hope was that injections of regenerative cells would ultimately replace the invasive procedures because the stem cells would convert into blood vessel cells, form healthy new arteries and naturally bypass the blockages in the existing arteries.

Image of mouse red blood cells flowing through an engineered human blood vessel implanted in a mouse- Image from Paul and colleagues (2013), Creative Commons license.

As is often the case in biomedical research, this initial approach turned out to be fraught with difficulties. The early animal studies were quite promising and the injected cells appeared to stimulate the growth of blood vessels, but the first clinical trials were less successful. It was very difficult to retain the injected cells in the desired arteries or tissues, and even harder to track the fate of the cells. Which stem cells should be injected? Where should they be injected? ¿Cuantos? Can one obtain enough stem cells from an individual patient so that one could use his or her own cells for the cell therapy? How does one guide the injected cells to the correct location, and then guide the cells to form functional blood vessel structures? Would the stem cells of a patient with chronic diseases such as diabetes or high blood pressure be suitable for therapies, or would such a patient have to rely on stem cells from healthier individuals and thus risk the complication of immune rejection?

The complexity of blood-vessel generation became increasingly apparent, both when studying the biology of stem cells as well as when designing and conducting clinical trials. A large clinical study published in 2013 studied the impact of bone marrow cell injections in heart attack patients and concluded that these injections did not result in any sustained benefit for heart function. Other studies using injections of patients’ own stem cells into their hearts had led to mild improvements in heart function, but none of these clinical studies came close to fulfilling the expectations of cardiovascular patients, physicians and researchers. The upside to these failed expectations was that it forced the researchers in the field of cardiovascular regeneration to rethink their goals and approaches.

One major shift in my own field of interest – the generation of new blood vessels – was to reevaluate the validity of relying on injections of cells. How likely was it that millions of injected cells could organize themselves into functional blood vessels? Injections of cells were convenient for patients because they would not require the surgical implantation of blood vessels, but was this attempt to achieve a convenient therapy undermining its success? An increasing number of laboratories began studying the engineering of blood vessels in the lab by investigating the molecular cues which regulate the assembly of blood vessel networks, identifying molecular scaffolds which would retain stem cells and blood vessel cells and combining various regenerative cell types to build functional blood vessels. This second wave of regenerative vascular medicine is engineering blood vessels which will have to be surgically implanted into patients. This means that it will be much harder to get approval to conduct such invasive implantations in patients than the straightforward injections which were conducted in the first wave of studies, but most of us who have now moved towards a blood vessel engineering approach feel that there is a greater likelihood of long-term success even if it may take a decade or longer till we obtain our first definitive clinical results.

The second conceptual shift which has occurred in this field is the realization that blood vessel engineering is not only important for treating patients with blockages in their arteries. In fact, blood vessel engineering is critical for all forms of tissue and organ engineering. In the US, more than 120,000 people are awaiting an organ transplant but only a quarter of them will receive an organ in any given year. The number of people in need of a transplant will continue to grow but the supply of organs is limited and many patients will unfortunately die while waiting for an organ which they desperately need. The advances in stem cell biology have made it possible to envision creating organs or organoids (functional smaller parts of an organ) which could help alleviate the need for organs. One thing that most organs and tissues need is a network of tiny blood vessels that permeate the whole tissue: small capillary networks. For example, a liver built out of liver cells could never function without a network of tiny blood vessels which supply the liver cells with metabolites and oxygen. From an organ engineering point of view, microvessel engineering is just as important as the building of functional arteries.

In one of our recent projects, we engineered functional human blood vessels by combining bone marrow derived stem cells with endothelial cells (the cells which coat the inside of all blood vessels). It turns out that stem cells do not become endothelial cells but instead release a molecular signal – the protein SLIT3- which instructs the endothelial cells to assemble into networks. Using a high resolution microscope, we watched this process in real-time over a course of 72 hours in the laboratory and could observe how the endothelial cells began lining up into tube-like structures in the presence of the bone marrow stem cells. The human endothelial cells were like building blocks, the human bone marrow stem cells were the builders “overseeing” the construction. When we implanted the assembled blood vessel structures into mice, we could see that they were fully functional, allowing mouse blood to travel through them without leaking or causing any other major problems (see image, taken from reference 3).

I am sure that SLIT3 is just one of many molecular cues released by the stem cells to assemble functional networks and there are many additional mechanisms which still need to be discovered. We still need to learn much more about which “builders” and which “building blocks” are best suited for each type of blood vessel that we want to construct. The fact that human fat tissue can serve as an important resource for obtaining adult stem cells(“builders”) is quite encouraging, but we still know very little about the overall longevity of the engineered vessels, the best way to implant them into patients, and the key molecular and biomechanical mechanisms which will be required to engineer organs with functional blood vessels. It will be quite some time until the first fully engineered organs will be implanted in humans, but the dizzying rate of progress suggests that we can be quite optimistic.

(An earlier version of this article was first published on 3Quarksdaily.com).

References and links (all of them are open access, so you can read them for free, including the original paper we published):

1. A recent longform overview article I wrote for “El Científico” in which I describe the importance of blood vessel engineering for organ engineering:

2. An unusual and abundant source of adult stem cells which promote the formation of blood vessels: Fat tissue obtained from individuals who undergo a liposuction!

J Rehman “The Power of FatAeon Magazine (2014)

3. The study which describes how adult stem cells release a protein (SLIT3) which organizes blood vessel cells into functional networks (open access – can be read free of charge):

Paul JD, Coulombe KL, Toth PT, Zhang Y, Marsboom G, Bindokas VP, Smith DW, Murry CE, & Rehman J (2013). SLIT3-ROBO4 activation promotes vascular network formation in human engineered tissue and angiogenesis in vivo. Journal of molecular and cellular cardiology, 64 , 124-31 PMID: 24090675


3 ROLE OF TYPE H VESSELS IN BONE REGENERATION

Bone regeneration comprises a series of complex and continuous physiological processes that can be divided into four stages: haematoma formation, fibrous callus formation, bone callus formation and bone shaping plus remodelling. 7 And the process is regulated by complicated interactions between the numerous cell types found in bone, mainly BMSCs, osteoblasts, osteoclasts and osteocytes. BMSCs, located in the bone marrow, are the precursor cells of osteoblasts. They differentiate into osteoblasts and migrate to bone surface to take part in bone regeneration. osteoclasts, as we know, play a crucial role in bone formation and resorption. In recent years, numerous strategies have been detected to accelerate the process of tissue engineering and regenerative medicine fields, such as bone bioactive material, 26, 27 extracellular vesicles (EVs) strategy 28 and stem cell transplantation therapy. 29 Among the promising therapies, vascularization is one of the problems that cannot be ignored. The bioactive scaffold used in bone tissue engineering should be biocompatible and allow blood vessels colonization. In addition, scaffold enriched EVs, that is associated with an enhanced vascularization providing a novel regulatory system in osteo-angiogenesis evolution. 30, 31

During bone development and bone regeneration, the migration of osteogenic precursor cells to the bone defect area is tightly related to the invasion of blood vessels. During defect repair, osteogenic precursor cells and blood vessels invade the bone defect area together to promote the formation of new bone. 32 Blood vessels not only form a local circulation to obtain nutrients and oxygen in the newly formed bone area, but also directly promote bone formation. The endovascular blood sinus is the initial site of osteogenesis, and sufficient nutrients, oxygen and minerals directly promote the formation and mineralization of an osteogenic matrix. 33, 34 Type H vessels have a higher tendency to differentiate into arteries than type L vessels, suggesting a close relationship between type H vessels and newly formed vessels, especially new formed arteries. 18 The formation of new arteries is the basis of local vascular network formation in bone tissue, which is crucial for bone regeneration in a bone defect area.

The osteogenic progenitor cells surrounding type H vessels express the transcription factors Osterix and Runx2, which promote bone formation. Kusumbe et al 13 found that although type H ECs comprise less than 2% of ECs, more than 82% of Runx2 + and 70% of Osterix + osteoprogenitors are selectively positioned around the type H endothelium. Furthermore, type H ECs secrete many factors that stimulate the proliferation and differentiation of osteoprogenitors to regulate osteogenesis. Ramasamy et al demonstrated that Notch signalling in type H vascular ECs plays a key role in mediating vascular formation and osteogenic coupling. Cell proliferation and high expression of Noggin protein occur in type H vascular ECs under the action of Notch signalling. Noggin protein can promote proliferation and differentiation of osteoblastic progenitor cells as well as maturation and hypertrophy of chondrocytes. Mature and hypertrophic chondrocytes can guide vascular budding through high secretion of VEGF and promote the generation of new blood vessels. Through the combination of Notch signalling by ECs, Noggin and VEGF, the processes of osteogenesis and angiogenesis are linked together. 35 After blockade of Notch signalling in ECs, vessel disorganization, cartilage defects, reduced bone trabeculae and many other low osteogenesis manifestations were found in bone marrow. These results indicate that type H vessels play important roles in mediating growth of blood vessels, maintaining number of perivascular bone progenitor cells and coupling of osteogenesis and angiogenesis (Table 1).

Stimulating factor Mechanism Referencias
Dense arrangement of osteoprogenitors Osterix + , Runx2 + and collagen type 1α + osteoblast cells are densely arranged around type H vessel, which give rise to osteoblasts and osteocytes 13, 17, 20
Growth factors secreted by type H vessel ECs Type H vessels can promote bone formation by secreting various factors that stimulate proliferation and differentiation of osteoprogenitors in the bone marrow 13, 35
New arteries formation Type H vessels show a closer relationship to newly formed vessels and have a higher tendency to differentiate into arteries than type L vessels 18
Initiation condition for osteogenesis The newly formed artery network is the basis of local vascular network formation and provides necessary nutrients to meet the metabolic demands of osteogenesis in a bone defect area 18
Matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) MMP-9 released from type H ECs, not osteoclasts, are essential for resorbing cartilage to lead longitudinal bone growth 87

Principles of Regenerative Biology

With the explosion of knowledge from molecular biology and the burgeoning interest in generating or regenerating tissues or organs through various bioengineering or stem cell approaches, many scientists and students have shown a renewed interest in the phenomenon of regeneration. Because relatively few have had the luxury of being able to approach the phenomenon of regeneration from a broad biological perspective, Dr. Carlson has produced a book that outlines the fundamental principles of regeneration biology. Subject matters focus principally on regeneration in vertebrate systems, but also invertebrate regeneration. In order to manipulate regenerative processes, it is important to understand the underlying principles of regeneration. Principles of Regnerative Biology is the key introductory reference for all developmental biologists, geneticists, and tissue and stem cell researchers.

With the explosion of knowledge from molecular biology and the burgeoning interest in generating or regenerating tissues or organs through various bioengineering or stem cell approaches, many scientists and students have shown a renewed interest in the phenomenon of regeneration. Because relatively few have had the luxury of being able to approach the phenomenon of regeneration from a broad biological perspective, Dr. Carlson has produced a book that outlines the fundamental principles of regeneration biology. Subject matters focus principally on regeneration in vertebrate systems, but also invertebrate regeneration. In order to manipulate regenerative processes, it is important to understand the underlying principles of regeneration. Principles of Regnerative Biology is the key introductory reference for all developmental biologists, geneticists, and tissue and stem cell researchers.


Application of the Larval Tissue Model for Functional Analyses

Thus, the juvenile finfold tissue is different from the adult fin in its tissue origin and architecture and cell differentiation status however, it is thought that juvenile tissue regeneration may have several core mechanisms, such as the sensing of a wound, initiation of regeneration, activation of morphogenetic program, etc., in common with mature tissue regeneration. Therefore, it offers a useful analytical system for dissecting the molecular pathways involved in regeneration. Firstly, early-stage larvae are amenable to conventional molecular biology techniques such as gene knockdown using small molecular agonists/antagonists or MOs. Mathew et al. (2006) showed the effect of activation of aryl hydrocarbon receptors on larval regenerative growth, as was earlier done in the adult fin model (Zodrow and Tanguay, 2003). To date, the finfold assay has been successfully used to analyze the involvement of a number of molecules, including Mmp9, ErbB2, and B3, and signaling pathways such as those involving glucocorticoid signaling and retinoic acid signaling (Mathew et al., 2007, 2009 Yoshinari et al., 2009 Rojas-Muñoz et al., 2009 Stewart et al., 2009 Ishida et al., 2010). The small size of the zebrafish larva is convenient for performing a pharmacological test on a small scale. Furthermore, gene knockdown by MOs is easily done by simply injecting MOs into fertilized eggs (Mathew et al., 2007, 2009 Rojas-Muñoz et al., 2009 Stewart et al., 2009 Ishida et al., 2010).Thus, the small size, fast development, and aquatic habitat of fish larvae provide a powerful and quick assay of the regeneration process.

It is particularly noteworthy that the zebrafish larval assay can also be applied for screening drugs that affect regeneration (Mathew et al., 2007). Such phenotypic assays using zebrafish embryos or larvae in microtiter plates are useful for quickly identifying novel compounds that produce defined phenotypic changes or reporter gene expression. Although zebrafish cannot replace mammalian models in the drug development pipeline, they can provide a cost-effective bridge between cell-based assays and mammalian whole-organism models (Brittijn et al., 2009). As zebrafish are cheaper to maintain than rodents and produce large numbers of transparent eggs, such assays could be scaled-up into medium- and high-throughput screenings.

Secondly, like the adult tissue regeneration model, the larval tissue model has also been used for microarray screening for genes that are up- or down-regulated during regeneration (Yoshinari et al., 2009 Mathew et al., 2009). Surprisingly, in addition to the significant overlap of response genes between juvenile and adult models, our analysis has indicated that all genes induced during larval regeneration were also induced in adult regenerates with comparable patterns of gene expression. Considering the distinct tissue origin and structure of larval finfold and adult caudal fin, this provides strong support for the molecular commonality between these two regeneration models.

Using the larval regeneration model, we recently showed that two Junb proteins, Junb and Junb-like (Junbl), and their phosphorylation by JNK play necessary roles in regeneration (Kawakami, 2010 Ishida et al., 2010). Fish species including zebrafish and medaka fish have two junb genes, one expressed in the wound epidermis and the other in the blastema, whereas mammals and most other vertebrates have only one Junb gene. It is known that the phosphorylation sites targeted by JNK are not conserved in mammalian JUNB proteins (Kallunki et al., 1996). We have shown that one of the phosphorylation sites is retained in Junb proteins of many fish species and that the zebrafish Junb and Junbl are indeed phosphorylated en vivo. Moreover, we have revealed that the phosphorylated Junbl and Junb are indispensable for regeneration, as they function in blastema proliferation and epidermal maintenance, respectively. These results suggest that the post-translational regulation of Junb in fish may account for some of their regeneration potential, even though it may not be the sole determinant. Thus, the assay using the juvenile tissue is also a useful model for dissecting the regeneration processes.

In addition to pharmacological and knockdown analyses, a further advantage of the larval tissue model is that the conventional genetic analysis is also applicable. Even homozygously lethal mutations can be used for the assay, but only if they survive up to 5 dpf and maintain a good finfold shape. Most fish mutants actually die at a mid-larval stage due to defective blood circulation or food uptake. Indeed, we have successfully shown that genetic mutations of hspa9 y smarca4, lethal mutations that have been described by their phenotypes in other tissues during development (Gregg et al., 2003 Amsterdam et al., 2004 Craven et al., 2005), display regeneration defects (Yoshinari et al., 2009). These mutants show impaired blastema proliferation, which is consistent with the normal gene expression in the blastema. Significantly, other unrelated mutations that severely affect other developmental processes do not impair regeneration, supporting the specificity of these mutations. Therefore, a conventional genetic screening for mutations that affect juvenile tissue regeneration is possible. Intriguingly, from the zebrafish mutant resources, we have identified a unique mutant whose blastema cells undergo apoptosis during regeneration (Nakajima and Kawakami, unpubl. obs.). Thus, the larval tissue regeneration model has enabled us to utilize conventional molecular and genetic techniques and quickly analyze molecular functions and pathways, though further detailed cell biological studies should also be performed in the adult tissue.


The salamander that eats its siblings’ arms could one day help you grow a new one

Imagine you’re a smiley-faced, feathery-gilled Mexican salamander called an axolotl . You’ve just been born, along with hundreds of brothers and sisters. But salamanders like you live in the wild only in one lake near Mexico City , and that habitat isn’t big enough for all of you. There’s not enough food. Only the strongest can survive. ¿A qué te dedicas?

If you’re an axolotl, you have two choices—eat your siblings’ arms, or have your arms eaten.

But even if you are the unfortunate victim of this sibling violence, not all hope is lost. In a few months, you’ll grow a whole new arm—bones, muscle, skin, nerves and all.

“It’s pretty gruesome, but cannibalism is a possible reason why they grow their arms back,” says associate biology professor James Monaghan . His lab studies regeneration in axolotls, a peculiar species that can grow back limbs and other organs to various degrees.

“When an injury occurs, some cues are released in that animal that tells cells near the injury to go from a resting state into a regenerative state,” Monaghan says.

His lab is trying to figure out what those cues are, and how we might induce that response in humans, who have very limited regenerative abilities.

“Humans are notoriously bad at regenerating,” Monaghan says. After we’re done growing, the genes that tell our cells to grow new organs are turned off.

“That’s a good thing because otherwise it’d be chaos,” he says. No one wants to spontaneously grow an extra finger.

“Axolotls can turn back on those genes that we turn off permanently,” Monaghan says.

This researcher's risky idea could mean big things for regenerative medicine

Understanding the specific mechanisms that induce regenerative responses in axolotls is no small task since axolotls have the largest genome ever sequenced .

So far, the lab has identified one molecule, neuregulin-1, which is essential for regeneration of extremidades , pulmones , and possibly hearts.

“When we removed it, regeneration stopped. And when we added it back in, it induced the regenerative response,” Monaghan says. “I’m not saying it’s a golden bullet for inducing regeneration in humans, too, but it could be part of the puzzle.”

A lot of researchers study limb regeneration in axolotls. But Monaghan’s lab is interested in extending this research to other organs, as well.

“When you think of the human condition, most of our issues with disease are with internal organs,” Monaghan says.

Take retina regeneration, for example. Monaghan says we can either learn the process axolotls undergo that allows their specialized cells to return back to developmental cells, and then mimic that process in human eyes. Or, we can learn which elements of the axolotl enable their cells to behave this way, and then add those elements to human stem cell therapy.

To test the latter, Monaghan has teamed up with a Northeastern associate professor of chemical engineering, Rebecca Carrier , and her lab to figure out the best way to transplant mammalian retinal cells using molecules found in the axolotl.

In the experiment, Monaghan and Carrier used pig eyes, which are similar to human eyes. When they transplanted stem cells from the retina of one pig into the retina of another, 99 percent of the transplanted cells died. “Something’s missing,” Monaghan says. “The cells don’t have the right cues.”

But when Carrier and Monaghan injected those same pig stem cells into the axolotl eye, fewer cells died. “They were much happier,” Monaghan says. “There’s something in the axolotl retina that the mammalian cells like.”

This salamander can regenerate limbs like Deadpool. Can it teach us to do the same?

One reason axolotls are so good at receiving transplants is because, unlike humans, they don’t have a learned immune system, meaning they can’t distinguish between themselves and foreign entities.

“It’s really easy to do grafts between animals because the axolotls can’t tell that the new tissue isn’t theirs,” he says. “They don’t reject it like we might.”

An obvious example of this can be seen in axolotls that are genetically modified with a green fluorescent protein found in jellyfish. These naturally white axolotls glow neon green in certain lighting.

“With this we can ask really basic questions, like do cells change their fate when they participate in regeneration?” Monaghan says.

For example, if Monaghan grafts muscle tissue from a green fluorescent animal onto a white axolotl and then that axolotl regenerates, does the axolotl grow green muscle? Do its bones glow green, too? What about its skin?

Researchers have found, however, that cells don’t actually change. Green muscle yields green muscle only.

The axolotl isn’t the only animal that can regrow organs. Starfish, worms, frogs, and other species of salamanders can also regenerate. But axolotls are special because, unlike other animals, they can regrow organs that are just as robust as the originals, no matter how old they get.

For example, tadpoles can regenerate limbs. But once they undergo metamorphosis and become frogs, “they can only regrow a spike,” Monaghan says. “They lose the ability to grow back their digits.”

The axolotl’s ability to fully regrow organs, even as it ages, could be partially due to its perpetual juvenile state. Axolotls, unlike most other amphibians, don’t undergo metamorphosis naturally, which means they never technically reach adulthood, even though they can reproduce. Esta condición se llama neoteny.

“Axolotls come from a species that used to walk on land,” Monaghan says. They do have legs, after all. “But some mutation occurred that keeps them in the lake and from reaching adulthood.”

To test whether their neotenic state is responsible for their ability to regenerate, Monaghan took a group of axolotl siblings and induced metamorphosis in one half by exposing them to thyroid hormones, a chemical that flips on the maturity switch in these amphibians. The other half was kept in the juvenile state.

In the experiment, the juveniles regenerated normally, but all of their adult siblings regenerated slower than usual, and had deformities in their regrown limbs.

“There is some association with neoteny and the ability to regenerate,” Monaghan says. “But it’s not the main factor.”

That main factor is yet to be discovered. But even though some of this might sound like science fiction, “you already made an arm once,” Monaghan says. “If we could just learn how to turn back on those programs, our bodies might do the rest of the work.”


source : en.wikipedia.org

Pattern formation in the morphogenesis of an animal is regulated by genetic induction factors that put cells to work after damage has occurred. Neural cells, for example, express growth-associated proteins, such as GAP-43, tubulin, actin, an array of novel neuropeptides, and cytokines that induce a cellular physiological response to regenerate from the damage. Many of the genes that are involved in the original development of tissues are reinitialized during the regenerative process. Cells in the primordia of zebrafish fins, for example, express four genes from the homeobox msx family during development and regeneration.


Referencias

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Ver el vídeo: Sistema Cardiovascular 46: Vasos Sanguíneos Veias, Artérias e Capilares. Anatomia e etc. (Enero 2022).