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13.1: Desarrollo y regeneración del tejido muscular - Biología


Objetivos de aprendizaje

  • Describe la función de las células satélite.
  • Definir fibrosis
  • Explica qué músculo tiene la mayor capacidad de regeneración.

La mayor parte del tejido muscular del cuerpo surge del mesodermo embrionario. Las células mesodérmicas paraxiales adyacentes al tubo neural forman bloques de células llamados somitas. A mioblasto es una célula madre formadora de músculo que migra a diferentes regiones del cuerpo y luego se fusiona (s) para formar un sincitio, o miotubo. Sin embargo, las células del músculo cardíaco y liso no son multinucleadas porque los mioblastos que forman sus células no se fusionan.

Las uniones en espacios abiertos se desarrollan en el músculo cardíaco y en el músculo liso de una sola unidad en las primeras etapas del desarrollo. En los músculos esqueléticos, los receptores de ACh están presentes inicialmente a lo largo de la mayor parte de la superficie de los mioblastos, pero la inervación del nervio espinal provoca la liberación de factores de crecimiento que estimulan la formación de placas terminales motoras y NMJ. A medida que las neuronas se activan, las señales eléctricas que se envían a través del músculo influyen en la distribución de fibras lentas y rápidas en el músculo.

Aunque la cantidad de células musculares se establece durante el desarrollo, las células satélite ayudan a reparar las células del músculo esquelético. A celda satélite es similar a un mioblasto porque es un tipo de célula madre; sin embargo, las células satélite se incorporan a las células musculares y facilitan la síntesis de proteínas necesaria para la reparación y el crecimiento. Estas células están ubicadas fuera del sarcolema y son estimuladas para crecer y fusionarse con las células musculares por factores de crecimiento que son liberados por las fibras musculares bajo ciertas formas de estrés. Las células satélite pueden regenerar las fibras musculares en un grado muy limitado, pero principalmente ayudan a reparar el daño en las células vivas. Si una célula se daña en mayor medida de la que pueden reparar las células satélite, las fibras musculares son reemplazadas por tejido cicatricial en un proceso llamado fibrosis. Debido a que el tejido cicatricial no puede contraerse, el músculo que ha sufrido un daño significativo pierde fuerza y ​​no puede producir la misma cantidad de potencia o resistencia que podría producir antes de dañarse.

El tejido muscular liso se puede regenerar a partir de un tipo de célula madre llamada pericito, que se encuentra en algunos vasos sanguíneos pequeños. Los pericitos permiten que las células del músculo liso se regeneren y reparen mucho más fácilmente que el tejido del músculo esquelético y cardíaco. Al igual que el tejido del músculo esquelético, el músculo cardíaco no se regenera en gran medida. El tejido del músculo cardíaco muerto es reemplazado por tejido cicatricial, que no puede contraerse. A medida que se acumula tejido cicatricial, el corazón pierde su capacidad de bombear debido a la pérdida de poder contráctil. Sin embargo, puede ocurrir una pequeña regeneración debido a las células madre que se encuentran en la sangre y que ocasionalmente ingresan al tejido cardíaco.

Conexiones profesionales: fisioterapeuta

A medida que las células musculares mueren, no se regeneran, sino que son reemplazadas por tejido conectivo y tejido adiposo, que no poseen las capacidades contráctiles del tejido muscular. Los músculos se atrofian cuando no se usan y, con el tiempo, si la atrofia es prolongada, las células musculares mueren. Por lo tanto, es importante que aquellos que son susceptibles a la atrofia muscular hagan ejercicio para mantener la función muscular y prevenir la pérdida completa de tejido muscular. En casos extremos, cuando el movimiento no es posible, se puede introducir estimulación eléctrica en un músculo desde una fuente externa. Actúa como sustituto de la estimulación neural endógena, estimulando la contracción del músculo y previniendo la pérdida de proteínas que se produce por falta de uso.

Los fisioterapeutas trabajan con los pacientes para mantener los músculos. Están entrenados para apuntar a los músculos susceptibles a la atrofia y para prescribir y monitorear ejercicios diseñados para estimular esos músculos. Hay varias causas de atrofia, que incluyen lesiones mecánicas, enfermedades y la edad. Después de romperse una extremidad o someterse a una cirugía, el uso de los músculos se ve afectado y puede provocar atrofia por desuso. Si los músculos no se ejercitan, esta atrofia puede provocar debilidad muscular a largo plazo. Un derrame cerebral también puede causar daño muscular al interrumpir la estimulación neural de ciertos músculos. Sin entradas neuronales, estos músculos no se contraen y, por lo tanto, comienzan a perder proteínas estructurales. El ejercicio de estos músculos puede ayudar a restaurar la función muscular y minimizar las alteraciones funcionales. La pérdida de masa muscular relacionada con la edad también es un objetivo de la fisioterapia, ya que el ejercicio puede reducir los efectos de la atrofia relacionada con la edad y mejorar la función muscular.

El objetivo de un fisioterapeuta es mejorar el funcionamiento físico y reducir las alteraciones funcionales; esto se logra al comprender la causa del deterioro muscular y evaluar las capacidades de un paciente, luego de lo cual se diseña un programa para mejorar estas capacidades. Algunos factores que se evalúan incluyen la fuerza, el equilibrio y la resistencia, que se controlan continuamente a medida que se introducen los ejercicios para rastrear las mejoras en la función muscular. Los fisioterapeutas también pueden instruir a los pacientes sobre el uso adecuado del equipo, como muletas, y evaluar si alguien tiene la fuerza suficiente para usar el equipo y cuándo puede funcionar sin él.


13.1: Desarrollo y regeneración del tejido muscular - Biología

La miogénesis es la formación de tejido muscular durante el desarrollo embrionario a partir de células madre en el mesodermo.

Objetivos de aprendizaje

Describir el proceso de miogénesis, la formación de tejido muscular.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • Las células madre embrionarias humanas son pluripotentes, lo que significa que se diferencian en todos los tipos de células, incluidas las células musculares.
  • El tejido muscular se forma en la capa del mesodermo del embrión en respuesta a las señales del factor de crecimiento de fibroblastos, el factor de respuesta del suero y el calcio.
  • En presencia del factor de crecimiento de fibroblastos, los mioblastos se fusionan en mitotubos multinucleados, que forman la base del tejido muscular.
  • Los mioblastos no utilizados se desdiferencian en células miosatélites, que permanecen en la fibra muscular hasta que se necesitan para diferenciarse en nuevas células musculares cuando un músculo está dañado o estresado.
  • Los miocitos son células o fibras musculares tubulares que se desarrollan a partir de mioblastos.
  • Los miocitos se especializan como células del músculo cardíaco, esquelético o liso.

Términos clave

  • miogénesis: La formación de tejido muscular durante el desarrollo de un embrión.
  • mesodermo: Una de las tres capas de tejido del embrión de un animal metazoario. A través del desarrollo embrionario, produce muchos órganos internos del adulto, incluidos los músculos, la columna vertebral y el sistema circulatorio.
  • mioblastos: Tipo de célula madre embrionaria que da lugar a células musculares.

Ejemplos de

Los culturistas mejoran los procesos de desarrollo natural de la fusión y desdiferenciación de los músculos de los mioblastos en miosatélites para aumentar drásticamente la masa de miosatélites y, por lo tanto, el tamaño y el peso de los músculos.

Embriogénesis es el proceso por el cual el embrión se forma y se desarrolla, hasta que se convierte en feto.

Características de los embrioblastos

Célula muscular satélite esquelética: Las células satélite se encuentran entre la membrana basal y el sarcolema (membrana celular) de las fibras musculares individuales. Son capaces de diferenciarse y fusionarse para aumentar las fibras musculares existentes y formar otras nuevas. Estas células representan el nicho de células madre adultas más antiguo conocido y participan en el crecimiento normal del músculo, así como en la regeneración después de una lesión o enfermedad.

Las células de la masa celular interna (embrioblasto), conocidas como células madre embrionarias humanas (hESC), se diferencian para formar cuatro estructuras: el amnios, el saco vitelino, el alantoides y el embrión mismo. Las células madre embrionarias humanas son pluripotentes, es decir, pueden diferenciarse en cualquiera de los tipos de células presentes en el ser humano adulto y en cualquiera de los tipos de células progenitoras intermedias que eventualmente se convierten en líneas celulares adultas. Las hESC también son inmortales, pueden dividirse y crecer en número indefinidamente, sin sufrir diferenciación ni envejecimiento celular (senescencia celular).

La primera diferenciación de las hESC que forman el embrión propiamente dicho, es en tres tipos de células conocidas como capas germinales: ectodermo, los mesodermo, y el endodermo. El ectodermo finalmente forma la piel (incluidos el cabello y las uñas), las membranas mucosas y el sistema nervioso. El mesodermo forma el esqueleto y los músculos, el corazón y el sistema circulatorio, los sistemas urinario y reproductivo y los tejidos conectivos dentro del cuerpo. El endodermo forma el tracto gastrointestinal (estómago e intestinos), el tracto respiratorio y el sistema endocrino (hígado y glándulas endocrinas).

El proceso de la miogénesis

Miogénesis es la formación de tejido muscular, especialmente durante el desarrollo embrionario. Las fibras musculares se forman a partir de la fusión de mioblastos en fibras multinucleadas llamadas miotubos. En el desarrollo embrionario temprano, estos mioblastos proliferan si hay suficiente factor de crecimiento de fibroblastos (FGF). Cuando se agota el FGF, los mioblastos cesan la división y secretan fibronectina en su matriz extracelular. La segunda etapa implica la alineación de los mioblastos en los miotubos. La tercera etapa es la propia fusión celular. En esta etapa, los iones de calcio son fundamentales para el desarrollo. Los factores potenciadores de miocitos (MEF) promueven la miogénesis. El factor de respuesta sérica (SRF) juega un papel central durante la miogénesis, requerido para la expresión de genes estriados de alfa-actina. La expresión de la alfa-actina esquelética también está regulada por el receptor de andrógenos, lo que significa que los esteroides pueden regular la miogénesis.

Características de los mioblastos

Un mioblasto es un tipo de célula progenitora embrionaria que se diferencia para formar células musculares. Las fibras del músculo esquelético se forman cuando los mioblastos se fusionan, por lo que las fibras musculares tienen múltiples núcleos. La fusión de mioblastos es específica del músculo esquelético (p. Ej., Bíceps braquial), no del músculo cardíaco o liso.

Mesodermo: La capa embrionaria a partir de la cual se desarrollan los tejidos musculares, que incluye el músculo cardíaco, las células de los músculos esqueléticos, las células del túbulo del riñón, los glóbulos rojos y el músculo liso del intestino.

Los mioblastos que no forman fibras musculares se desdiferencian nuevamente en células satélite (miosatélites). Estas células permanecen adyacentes a una fibra muscular, situada entre el sarcolema y el endomisio (el tejido conectivo que divide los fascículos musculares en fibras individuales). Las células satélite pueden diferenciarse y fusionarse para aumentar las fibras musculares existentes y formar otras nuevas. En el músculo sano, la mayoría de las células satélite están inactivas y no se diferencian ni se dividen. En respuesta a la tensión mecánica, las células satélite se activan e inicialmente proliferan como mioblastos esqueléticos antes de experimentar diferenciación miogénica.

Un miocito (también conocido como célula muscular o fibra muscular) es el tipo de célula que se encuentra en el tejido muscular. Estas células tubulares largas surgen durante el desarrollo de los mioblastos para formar músculos. Hay varias formas especializadas de miocitos con diversas propiedades, incluidas las células del músculo cardíaco, esquelético y liso. Los miocitos cardíacos generan los impulsos eléctricos que controlan la frecuencia cardíaca y otras funciones.


Teoría de la polaridad y el gradiente

Cada ser vivo exhibe polaridad, un ejemplo de lo cual es la diferenciación de un organismo en una cabeza o parte delantera y una cola o parte trasera. Las partes en regeneración no son una excepción; exhiben polaridad al crecer siempre en una dirección distal (alejándose de la parte principal del cuerpo). Sin embargo, entre los invertebrados inferiores, la distinción entre proximal (cerca o hacia el cuerpo) y distal no siempre es clara. No es difícil, por ejemplo, invertir la polaridad de los “tallos” en los hidroides coloniales. Normalmente, a una parte del tallo le crecerá un extremo de la cabeza, o boca de riego, en su extremo libre o distal, si está amarrado, sin embargo, regenera una boca de riego en el extremo que originalmente era proximal. La polaridad en este sistema está aparentemente determinada por un gradiente de actividad de tal manera que un hidrante se regenera donde la tasa metabólica es más alta. Una vez que un hidrante ha comenzado a desarrollarse, inhibe la producción de otros próximos a él mediante la difusión de una sustancia inhibidora hacia abajo a lo largo del tallo.

Cuando los gusanos planos planarios se cortan por la mitad, cada pieza vuelve a crecer por el extremo que falta. Las células en regiones esencialmente idénticas del cuerpo donde se hizo el corte forman blastemas, que en un caso da lugar a una cabeza y en el otro a una cola. Lo que regenera cada blastema depende completamente de si está en una pieza delantera o trasera de un gusano plano: la diferencia real entre las dos piezas puede establecerse mediante diferenciales metabólicos. Si un trozo transversal de un gusano plano se corta muy delgado, demasiado estrecho para establecer un gradiente metabólico efectivo, puede regenerar dos cabezas, una en cada extremo. Si la actividad metabólica en el extremo anterior de un gusano plano se reduce artificialmente por la exposición a ciertos medicamentos, entonces el antiguo extremo posterior del gusano puede desarrollar una cabeza.

La regeneración de apéndices plantea un problema diferente al de los organismos completos. La aleta de un pez y la extremidad de una salamandra tienen extremos proximales y distales. Sin embargo, mediante diversas manipulaciones, es posible hacer que se regeneren en una dirección proximal. Si se corta un orificio cuadrado en la aleta de un pez, la regeneración se lleva a cabo como se esperaba desde el margen interno, pero también puede ocurrir desde el borde distal. En el último caso, la aleta en regeneración es en realidad una estructura distal, excepto que está creciendo en una dirección proximal.

Las extremidades de los anfibios reaccionan de manera similar. Es posible injertar la mano de un tritón en la pared del cuerpo cercana y, una vez que se haya establecido un flujo sanguíneo suficiente, cortar el brazo entre el hombro y el codo. Esto crea dos muñones, uno corto que consta de parte de la parte superior del brazo y uno más largo formado por el resto del brazo que sobresale en la dirección incorrecta del lado del animal. Ambos muñones regeneran lo mismo, es decir, todo lo que normalmente se encuentra distal al nivel de la amputación, independientemente de la dirección en la que se encuentre el muñón. Por tanto, el brazo invertido regenera una imagen especular de sí mismo.

Claramente, cuando una estructura se regenera, solo puede producir partes que normalmente se encuentran distales al nivel de la amputación. Las células participantes contienen la información necesaria para desarrollar todo "aguas abajo", pero nunca pueden convertirse en estructuras más próximas. La regeneración, como el desarrollo embrionario, ocurre en una secuencia definida.


Regeneración

Morfoallaxis: Hydra crece por pérdida de células de sus extremos y por brotación.
Hydra tiene un cuerpo tubular hueco (0,5 cm de largo), con tentáculos que rodean la boca (hipostoma) y, en el otro extremo, un disco basal (pie).
Hydra tiene solo dos capas germinales, el ectodermo y el endodermo separados por la membrana basal.
Hydra experimenta un crecimiento continuo y la formación de patrones y las células se pierden en las puntas de los tentáculos y del disco basal.
Las células cambian continuamente de posición y forman nuevas estructuras a medida que suben y bajan por la columna del cuerpo.
Se produce la gemación, 2/3 hacia abajo del eje del cuerpo, que desarrolla una cabeza y luego se desprende como una pequeña nueva Hydra.

La regeneración en Hydra está polarizada y no depende del crecimiento.
Cuando se corta en dos, la pieza inferior desarrollará una cabeza y la parte superior desarrollará un pie.
Una pieza extraída del cuerpo de Hydra regenerará tanto una cabeza como un disco basal en la misma polaridad.
Un pequeño fragmento producirá una pequeña Hydra que crecerá después de alimentarse.
La hidra fuertemente irradiada, que no puede experimentar la división celular (crecer), se regenerará.

La región de la cabeza inhibe la formación de cabezas cercanas.
La región de la cabeza de Hydra actúa como una región organizadora y como un inhibidor de la formación inadecuada de la cabeza.
El hipostoma y los discos basales actúan como centros organizadores para dar polaridad y actúan para inducir la formación de la cabeza y la cola.
Los injertos del hipostoma en la región gástrica inducirán una segunda cabeza (y eventualmente un nuevo cuerpo).
Los injertos de la región próxima a la cabeza a la región gástrica no generarán una nueva cabeza a menos que se retire la cabeza original, pero generarán una nueva cabeza en la región del pie.

La regeneración de la cabeza en Hydra se puede explicar en términos de dos gradientes:
1) un gradiente de inhibidor de cabeza y
2) gradiente de información posicional (a lo largo del eje del cuerpo).
El diacilglicerol, un potente segundo mensajero (es decir, la señalización de fosfatidilinositol) provoca la formación de una cabeza ectópica, mientras que el litio induce pies ectópicos.
Los homólogos de los genes Hox y los factores de transcripción forkhead actúan en las regiones organizadoras de Hydra.

Epimorfosis: la regeneración de las extremidades de los vertebrados implica la desdiferenciación y el crecimiento celular.
En los tritones postamputación, las células epidérmicas cubren la herida para formar un blastema.
Las células del blastema surgen debajo de la epidermis de la herida, se desdiferencian y comienzan a dividirse.
Durante semanas, estas células se convierten en cartílago, músculo y tejido conectivo.
La transdeterminación se puede observar mediante el etiquetado (multinucleado) de las células musculares con rodamina-dextrano (un tinte marcador grande).
Surgen células mononucleadas etiquetadas que dan lugar tanto al cartílago como al músculo.
En la regeneración de células de tritón, la proteína Rb se inactiva por fosforilación.
La regeneración de las extremidades también depende de la presencia de células nerviosas.

El blastema da lugar a estructuras con valores posicionales distales.
La regeneración siempre procede en dirección distal a la superficie de corte.
Una extremidad amputada restablecerá el suministro de sangre cuando se fusione al tronco.
Si luego se corta el húmero, ambas superficies regenerarán las estructuras distales.
El injerto de un blastema distal en un muñón proximal inducirá al muñón (principalmente) a generar una extremidad normal y el blastema distal forma la muñeca y la mano.
Esto se logra restableciendo los valores posicionales induciendo un crecimiento intercalario.
Si bien los mamíferos no pueden regenerar las extremidades, muchos (incluidos los niños pequeños) pueden regenerar las puntas de sus dedos.

El ácido retinoico puede cambiar los valores proximo-distales en las extremidades en regeneración.
El ácido retinoico está presente en las extremidades de los vertebrados en desarrollo y puede alterar los valores posicionales en la extremidad del polluelo.
La exposición al ácido retinoico cambia el valor posicional de un blastema a otros más proximales, de modo que se generarán elementos proximales al corte así como los distales.
La epidermis herida es una fuerte fuente de ácido retinoico.
En las extremidades en regeneración, el ácido retinoico está presente en un patrón distinto y tiene una concentración más alta en blastemas más distales.

Las extremidades de los insectos intercalan los valores posicionales.
Cuando se colocan juntos tejidos de valores posicionales muy diferentes, se produce un crecimiento intercalario para reemplazar los valores faltantes.
El injerto de patas de cucaracha amputadas demuestra intercalación.
Un corte de tibia distal injertado en un corte proximal crecerá para intercalar las piezas faltantes.
Sin embargo, una tibia cortada proximalmente, injertada sobre un huésped cortado distalmente, también crecerá por intercalación.
En el último caso, la poción regenerada está en la orientación inversa (por la dirección de las cerdas).
Los valores circunferenciales también se pueden regenerar por intercalación.

Los esquejes de plantas pueden producir plantas completas al regenerar todos los valores posicionales.


Estrategias de Medicina Regenerativa

2 células satélite del músculo esquelético

La regeneración muscular está disminuida en ratones y ratas envejecidos. El número de SC no disminuye con la edad, pero su capacidad de proliferar disminuye significativamente debido a una deficiencia que da como resultado la activación de solo el 25% del número de SC activados en músculo joven (Conboy et al., 2003). La deficiencia se debe a la regulación al alza insuficiente del ligando Delta de Notch y, por lo tanto, a la activación disminuida de Notch. El bloqueo de la activación de Notch en músculo joven con un inhibidor provocó una marcada inhibición de la regeneración (Conboy et al., 2003). La capacidad regenerativa del músculo envejecido trasplantado a huéspedes jóvenes aumenta y la del músculo joven disminuye cuando se trasplanta a huéspedes viejos (Carlson y Faulkner, 1989 Carlson et al., 2001). La activación de Notch directamente con un anticuerpo de su dominio extracelular restaura la capacidad regenerativa del músculo viejo al nivel de los ratones jóvenes (Conboy et al., 2003). Además, la cantidad de SC activadas y la regeneración muscular en masa se restauró en los ratones viejos de parabiontes heterocrónicos hasta casi el nivel de los ratones jóvenes, mientras que la cantidad de SC activadas y la regeneración muscular en masa en los ratones jóvenes de las parejas se redujo solo ligeramente (Conboy et al., 2005) (figura 9.7).

Figura 9.7. La parabiosis heterocrónica restaura la regeneración muscular y la activación de las células satélite en ratas viejas, un efecto mediado por el suero joven. (A) Se emparejaron de forma isocrónica o heterocrónica ratones jóvenes y de edad avanzada y el músculo tibial se lesionó localmente por congelación. Los músculos se analizaron histológicamente 5 días después de la lesión. Cima, tinción con hematoxilina y eosina. Fondo, inmunotinción para la cadena pesada de miosina embrionaria (eMHC, rojo). Núcleos teñidos con Hoechst (azul). La parabiosis heterocrónica mejora significativamente la regeneración del músculo envejecido. (B, C) Gráficos de barras que miden el índice de regeneración (número de miofibras MHC embrionarias en el sitio de la lesión / número total de núcleos en el campo) y porcentaje de células satélite Delta + (activas). Los datos muestran que la parabiosis heterocrónica mejora significativamente el índice de regeneración y el número de CS activos en el músculo envejecido. (D, mi) Este efecto es ambiental, como lo demuestra el aumento significativo en el número de SC Delta + y Notch + cuando se cultivaron SC envejecidos durante 24 horas en suero joven.

Reproducido con permiso de Conboy et al., Rejuvenecimiento de células progenitoras envejecidas por exposición a un ambiente sistémico joven. Nature 433: 760–764. Copyright 2005, Nature Publishing Group.

Estas observaciones nuevamente implican la pérdida de ciertos factores de nicho sistémicos que resulta en la disminución de la capacidad regenerativa en el músculo y el hígado con la edad. De acuerdo con esta hipótesis, la exposición de CS de los músculos de ratones viejos al suero de ratones jóvenes in vitro da como resultado una expresión elevada de Delta, una mayor activación de Notch y una mayor proliferación (Conboy et al., 2005) (Fig. 9.7). Además, se informa que los músculos de ratas viejas y humanos son deficientes en la producción del factor de crecimiento mecánico (MGH), una variante de empalme de IGF-I (Owino et al., 2001 Hameed et al., 2004). El entrenamiento de fuerza retarda la aparición de sarcopenia en humanos (Clarke, 2004) y aumenta significativamente la producción de MGF, particularmente en combinación con la administración de hormona del crecimiento (Goldspink, 2004), lo que sugiere nuevamente que los factores de nicho ejercen un efecto significativo sobre la capacidad de los CS en el envejecimiento muscular. para expresar un potencial regenerativo no disminuido (Aagaard, 2004).


Centro Eugene Bell de Biología Regenerativa e Ingeniería de Tejidos

El Centro Eugene Bell de Biología Regenerativa e Ingeniería de Tejidos se estableció en 2010 gracias a los extraordinarios dones de liderazgo de Millicent Bell y John y Valerie Rowe. La investigación en el Bell Center tiene como objetivo dilucidar los mecanismos moleculares, genéticos y celulares que subyacen al crecimiento y reemplazo de tejidos altamente diferenciados durante el desarrollo, la renovación fisiológica y la reparación después de una lesión. Estos procesos son fundamentales para la salud humana y la biología y han sido el foco de elegantes estudios en una miríada de organismos modelo en el Laboratorio desde el trabajo pionero de los científicos de MBL Thomas Hunt Morgan y Jacques Loeb.

Utilizando organismos modelo marinos y acuáticos únicos y altamente tratables, enfoques genéticos comparativos y de alto rendimiento, tecnologías de imagen novedosas y los últimos avances en análisis computacional intensivo en datos, los científicos del Bell Center, en colaboración con colegas de la Universidad de Chicago y Argonne National Laboratory, brindan respuestas a algunas de las preguntas más fundamentales e intrigantes de la biología. Desde el control de la energía celular hasta los procesos de desarrollo de órganos y regeneración de la médula espinal, estos descubrimientos transformadores están permitiendo nuevos conocimientos sobre los mecanismos básicos de crecimiento, reparación y regeneración de tejidos en todos los metazoos y permitirán enfoques novedosos para la comprensión, el tratamiento y la prevención de enfermedad humana.


Abstracto

Las células madre y su microambiente local, o nicho, se comunican a través de señales mecánicas para regular el destino y el comportamiento de las células y para guiar los procesos de desarrollo. Durante el desarrollo embrionario, las fuerzas mecánicas están involucradas en el modelado y la organogénesis. El entorno físico de las células madre pluripotentes regula su autorrenovación y diferenciación. Las señales mecánicas y físicas también son importantes en los tejidos adultos, donde las células madre adultas requieren interacciones físicas con la matriz extracelular para mantener su potencia. In vitro, los modelos sintéticos del nicho de células madre se pueden utilizar para controlar y manipular con precisión las propiedades biofísicas y bioquímicas del microambiente de las células madre y para examinar cómo el modo y la magnitud de las señales mecánicas, como la rigidez de la matriz o las fuerzas aplicadas, dirigen la diferenciación de las células madre y función. Los conocimientos fundamentales sobre la mecanobiología de las células madre también informan el diseño de nichos artificiales para apoyar a las células madre en terapias regenerativas.


Fibra muscular híbrida de bioingeniería para medicina regenerativa

El músculo es el órgano más grande que representa el 40% de la masa corporal y juega un papel esencial en el mantenimiento de nuestras vidas. El tejido muscular se destaca por su capacidad única de regeneración espontánea. Sin embargo, en lesiones graves como las sufridas en accidentes automovilísticos o la resección de un tumor que da como resultado una pérdida muscular volumétrica (VML), la capacidad del músculo para recuperarse se ve muy disminuida. Actualmente, los tratamientos de VML comprenden intervenciones quirúrgicas con colgajos o injertos musculares autólogos acompañados de fisioterapia. Sin embargo, los procedimientos quirúrgicos a menudo conducen a una función muscular reducida y, en algunos casos, resultan en una falla completa del injerto. Por lo tanto, existe una demanda de opciones terapéuticas adicionales para mejorar la recuperación de la pérdida muscular.

Una estrategia prometedora para mejorar la capacidad funcional del músculo dañado es inducir la regeneración de novo del músculo esquelético mediante la integración de células trasplantadas. Se han utilizado diversos tipos de células, incluidas las células satélite (células madre musculares), mioblastos y células madre mesenquimales, para tratar la pérdida de masa muscular. Sin embargo, las biopsias musculares invasivas, la escasa disponibilidad de células y el mantenimiento limitado a largo plazo impiden la traducción clínica, donde se pueden necesitar de millones a miles de millones de células maduras para proporcionar beneficios terapéuticos.

Otro tema importante es controlar el microambiente tridimensional en el sitio de la lesión para asegurar que las células trasplantadas se diferencien adecuadamente en tejidos musculares con estructuras deseables. Se ha utilizado una variedad de biomateriales naturales y sintéticos para mejorar la supervivencia y maduración de las células trasplantadas mientras se reclutan células huésped para la regeneración muscular. Sin embargo, existen dilemas no resueltos y duraderos en el desarrollo del andamio tisular. Los andamios naturales exhiben un alto reconocimiento celular y afinidad de unión celular, pero a menudo no brindan solidez mecánica en lesiones grandes o tejidos que soportan carga que requieren soporte mecánico a largo plazo. Por el contrario, los andamios sintéticos proporcionan una alternativa diseñada con precisión con propiedades mecánicas y físicas ajustables, así como estructuras y composiciones bioquímicas adaptadas, pero a menudo se ven obstaculizadas por la falta de reclutamiento celular y la mala integración con el tejido del huésped.

Para superar estos desafíos, un equipo de investigación del Centro de Nanomedicina del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) en Seúl, Corea del Sur, la Universidad de Yonsei y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ideó un protocolo novedoso para la regeneración muscular artificial. El equipo logró un tratamiento eficaz de VML en un modelo de ratón mediante el empleo de tecnología de reprogramación celular directa en combinación con un andamio híbrido natural-sintético.

La reprogramación celular directa, también llamada conversión directa, es una estrategia eficaz que proporciona una terapia celular eficaz porque permite la generación rápida de células diana específicas del paciente utilizando células autólogas de la biopsia de tejido. Los fibroblastos son las células que se encuentran comúnmente dentro de los tejidos conectivos y están muy involucradas en la cicatrización de heridas. Como los fibroblastos no son células diferenciadas terminalmente, es posible convertirlas en células progenitoras miogénicas inducidas (iMPC) utilizando varios factores de transcripción diferentes. En este documento, esta estrategia se aplicó para proporcionar iMPC para la ingeniería del tejido muscular.

Con el fin de proporcionar soporte estructural a las células musculares en proliferación, se eligió policaprolactona (PCL) como material para la fabricación de un andamio poroso debido a su alta biocompatibilidad. Si bien la lixiviación con sal es un método ampliamente utilizado para crear materiales porosos, se limita principalmente a producir estructuras porosas cerradas. Para superar esta limitación, los investigadores ampliaron el método de lixiviación de sal convencional con estirado térmico para producir andamios de fibra PCL personalizados. Esta técnica facilitó la fabricación de alto rendimiento de fibras porosas con rigidez, porosidad y dimensiones controladas que permiten una adaptación precisa de los andamios a los lugares de las lesiones.

Sin embargo, los armazones de fibra sintética PCL por sí solos no proporcionan señales bioquímicas y mecánicas locales óptimas que imiten el microambiente específico del músculo. Por lo tanto, la construcción de un andamio híbrido se completó mediante la incorporación de hidrogel de matriz extracelular de músculo descelularizado (MEM) en la estructura de PCL. Actualmente, MEM es uno de los biomateriales naturales más utilizados para el tratamiento de la VML en la práctica clínica. Por lo tanto, los investigadores creen que los andamios híbridos diseñados con MEM tienen un enorme potencial en aplicaciones clínicas.

Las construcciones de fibras musculares obtenidas mediante bioingeniería resultantes mostraron una rigidez mecánica similar a la de los tejidos musculares y exhibieron una diferenciación muscular mejorada y una alineación muscular alargada in vitro. Además, la implantación de construcciones musculares de bioingeniería en el modelo de ratón VML no solo promovió la regeneración muscular con una mayor inervación y angiogénesis, sino que también facilitó la recuperación funcional de los músculos dañados. El equipo de investigación señala: "La construcción de músculo híbrido podría haber guiado las respuestas de células musculares reprogramadas agregadas exógenamente y poblaciones de células huésped infiltradas para mejorar la regeneración muscular funcional al orquestar la diferenciación, el efecto paracrino y la remodelación tisular constructiva".

Prof. CHO Seung-Woo from the IBS Center for Nanomedicine and Yonsei University College of Life Science and Biotechnology who led this study notes: "Further studies are required to elucidate the mechanisms of muscle regeneration by our hybrid constructs and to empower the clinical translation of cell-instructive delivery platforms."


Contenido

Ecosystems can be regenerative. Following a disturbance, such as a fire or pest outbreak in a forest, pioneering species will occupy, compete for space, and establish themselves in the newly opened habitat. The new growth of seedlings and community assembly process is known as regeneration in ecology. [17] [18]

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. [19] 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. [20]

"Strategies include the rearrangement of pre-existing tissue, the use of adult somatic stem cells and the dedifferentiation and/or transdifferentiation of cells, and more than one mode can operate in different tissues of the same animal. [1] All these strategies result in the re-establishment of appropriate tissue polarity, structure and form." [21] : 873 During the developmental process, genes are activated that serve to modify the properties of cell as they differentiate into different tissues. Development and regeneration involves the coordination and organization of populations cells into a blastema, which is "a mound of stem cells from which regeneration begins". [22] Dedifferentiation of cells means that they lose their tissue-specific characteristics as tissues remodel during the regeneration process. This should not be confused with the transdifferentiation of cells which is when they lose their tissue-specific characteristics during the regeneration process, and then re-differentiate to a different kind of cell. [21]

Arthropods Edit

Arthropods are known to regenerate appendages following loss or autotomy. [23] Regeneration among arthropods is restricted by molting such that hemimetabolous insects are capable of regeneration only until their final molt whereas most crustaceans can regenerate throughout their lifetimes. [24] Molting cycles are hormonally regulated in arthropods, [25] although premature molting can be induced by autotomy. [23] Mechanisms underlying appendage regeneration in hemimetabolous insects and crustaceans is highly conserved. [26] During limb regeneration species in both taxa form a blastema [27] following autotomy with regeneration of the excised limb occurring during proecdysis. [25] Limb regeneration is also present in insects that undergo metamorphosis, such as beetles, although the cost of said regeneration is a delayed pupal stage. [28] Arachnids, including scorpions, are known to regenerate their venom, although the content of the regenerated venom is different than the original venom during its regeneration, as the venom volume is replaced before the active proteins are all replenished. [29]

Annelids Edit

Many annelids (segmented worms) are capable of regeneration. [30] For example, Chaetopterus variopedatus y Branchiomma nigromaculata can regenerate both anterior and posterior body parts after latitudinal bisection. [31] The relationship between somatic and germline stem cell regeneration has been studied at the molecular level in the annelid Capitella teleta. [32] Leeches, however, appear incapable of segmental regeneration. [33] Furthermore, their close relatives, the branchiobdellids, are also incapable of segmental regeneration. [33] [30] However, certain individuals, like the lumbriculids, can regenerate from only a few segments. [33] Segmental regeneration in these animals is epimorphic and occurs through blastema formation. [33] Segmental regeneration has been gained and lost during annelid evolution, as seen in oligochaetes, where head regeneration has been lost three separate times. [33]

Along with epimorphosis, some polychaetes like Sabella pavonina experience morphallactic regeneration. [33] [34] Morphallaxis involves the de-differentiation, transformation, and re-differentation of cells to regenerate tissues. How prominent morphallactic regeneration is in oligochaetes is currently not well understood. Although relatively under-reported, it is possible that morphallaxis is a common mode of inter-segment regeneration in annelids. Following regeneration in L. variegatus, past posterior segments sometimes become anterior in the new body orientation, consistent with morphallaxis.

Following amputation, most annelids are capable of sealing their body via rapid muscular contraction. Constriction of body muscle can lead to infection prevention. In certain species, such as Limnodrilus, autolysis can be seen within hours after amputation in the ectoderm and mesoderm. Amputation is also thought to cause a large migration of cells to the injury site, and these form a wound plug.

Echinoderms Edit

Tissue regeneration is widespread among echinoderms and has been well documented in starfish (Asteroidea), sea cucumbers (Holothuroidea), and sea urchins (Echinoidea). Appendage regeneration in echinoderms has been studied since at least the 19th century. [35] In addition to appendages, some species can regenerate internal organs and parts of their central nervous system. [36] In response to injury starfish can autotomize damaged appendages. Autotomy is the self-amputation of a body part, usually an appendage. Depending on severity, starfish will then go through a four-week process where the appendage will be regenerated. [37] Some species must retain mouth cells to regenerate an appendage, due to the need for energy. [38] The first organs to regenerate, in all species documented to date, are associated with the digestive tract. Thus, most knowledge about visceral regeneration in holothurians concerns this system. [39]

Planaria (Platyhelminthes) Edit

Regeneration research using Planarians began in the late 1800s and was popularized by T.H. Morgan at the beginning of the 20th century. [38] Alejandro Sanchez-Alvarado and Philip Newmark transformed planarians into a model genetic organism in the beginning of the 20th century to study the molecular mechanisms underlying regeneration in these animals. [40] Planarians exhibit an extraordinary ability to regenerate lost body parts. For example, a planarian split lengthwise or crosswise will regenerate into two separate individuals. In one experiment, T.H. Morgan found that a piece corresponding to 1/279th of a planarian [38] or a fragment with as few as 10,000 cells can successfully regenerate into a new worm within one to two weeks. [41] After amputation, stump cells form a blastema formed from neoblasts, pluripotent cells found throughout the planarian body. [42] New tissue grows from neoblasts with neoblasts comprising between 20 and 30% of all planarian cells. [41] Recent work has confirmed that neoblasts are totipotent since one single neoblast can regenerate an entire irradiated animal that has been rendered incapable of regeneration. [43] In order to prevent starvation a planarian will use their own cells for energy, this phenomenon is known as de-growth. [10]

Amphibians Edit

Limb regeneration in the axolotl and newt has been extensively studied and researched. Urodele amphibians, such as salamanders and newts, display the highest regenerative ability among tetrapods. [44] As such, they can fully regenerate their limbs, tail, jaws, and retina via epimorphic regeneration leading to functional replacement with new tissue. [45] Salamander limb regeneration occurs in two main steps. First, the local cells dedifferentiate at the wound site into progenitor to form a blastema. [46] Second, the blastemal cells will undergo cell proliferation, patterning, cell differentiation and tissue growth using similar genetic mechanisms that deployed during embryonic development. [47] Ultimately, blastemal cells will generate all the cells for the new structure. [44]

After amputation, the epidermis migrates to cover the stump in 1–2 hours, forming a structure called the wound epithelium (WE). [48] Epidermal cells continue to migrate over the WE, resulting in a thickened, specialized signaling center called the apical epithelial cap (AEC). [49] Over the next several days there are changes in the underlying stump tissues that result in the formation of a blastema (a mass of dedifferentiated proliferating cells). As the blastema forms, pattern formation genes – such as HoxA and HoxD – are activated as they were when the limb was formed in the embryo. [50] [51] The positional identity of the distal tip of the limb (i.e. the autopod, which is the hand or foot) is formed first in the blastema. Intermediate positional identities between the stump and the distal tip are then filled in through a process called intercalation. [50] Motor neurons, muscle, and blood vessels grow with the regenerated limb, and reestablish the connections that were present prior to amputation. The time that this entire process takes varies according to the age of the animal, ranging from about a month to around three months in the adult and then the limb becomes fully functional. Researchers at Australian Regenerative Medicine Institute at Monash University have published that when macrophages, which eat up material debris, [52] were removed, salamanders lost their ability to regenerate and formed scarred tissue instead. [53]

In spite of the historically few researchers studying limb regeneration, remarkable progress has been made recently in establishing the neotenous amphibian the axolotl (Ambystoma mexicanum) as a model genetic organism. This progress has been facilitated by advances in genomics, bioinformatics, and somatic cell transgenesis in other fields, that have created the opportunity to investigate the mechanisms of important biological properties, such as limb regeneration, in the axolotl. [47] The Ambystoma Genetic Stock Center (AGSC) is a self-sustaining, breeding colony of the axolotl supported by the National Science Foundation as a Living Stock Collection. Located at the University of Kentucky, the AGSC is dedicated to supplying genetically well-characterized axolotl embryos, larvae, and adults to laboratories throughout the United States and abroad. An NIH-funded NCRR grant has led to the establishment of the Ambystoma EST database, the Salamander Genome Project (SGP) that has led to the creation of the first amphibian gene map and several annotated molecular data bases, and the creation of the research community web portal. [54]

Anurans can only regenerate their limbs during embryonic development. [55] Once the limb skeleton has developed regeneration does not occur (Xenopus can grow a cartilaginous spike after amputation). [55] Reactive oxygen species (ROS) appear to be required for a regeneration response in the anuran larvae. [56] ROS production is essential to activate the Wnt signaling pathway, which has been associated with regeneration in other systems. [56] Limb regeneration in salamanders occurs in two major steps. First, adult cells de-differentiate into progenitor cells which will replace the tissues they are derived from. [57] [58] Second, these progenitor cells then proliferate and differentiate until they have completely replaced the missing structure. [59]

Hydra Edit

Hidra is a genus of freshwater polyp in the phylum Cnidaria with highly proliferative stem cells that gives them the ability to regenerate their entire body. [60] Any fragment larger than a few hundred epithelial cells that is isolated from the body has the ability to regenerate into a smaller version of itself. [60] The high proportion of stem cells in the hydra supports its efficient regenerative ability. [61]

Regeneration among hydra occurs as foot regeneration arising from the basal part of the body, and head regeneration, arising from the apical region. [60] Regeneration tissues that are cut from the gastric region contain polarity, which allows them to distinguish between regenerating a head in the apical end and a foot in the basal end so that both regions are present in the newly regenerated organism. [60] Head regeneration requires complex reconstruction of the area, while foot regeneration is much simpler, similar to tissue repair. [62] In both foot and head regeneration, however, there are two distinct molecular cascades that occur once the tissue is wounded: early injury response and a subsequent, signal-driven pathway of the regenerating tissue that leads to cellular differentiation. [61] This early-injury response includes epithelial cell stretching for wound closure, the migration of interstitial progenitors towards the wound, cell death, phagocytosis of cell debris, and reconstruction of the extracellular matrix. [61]

Regeneration in hydra has been defined as morphallaxis, the process where regeneration results from remodeling of existing material without cellular proliferation. [63] [64] If a hydra is cut into two pieces, the remaining severed sections form two fully functional and independent hydra, approximately the same size as the two smaller severed sections. [60] This occurs through the exchange and rearrangement of soft tissues without the formation of new material. [61]

Aves (birds) Edit

Owing to a limited literature on the subject, birds are believed to have very limited regenerative abilities as adults. Some studies [65] on roosters have suggested that birds can adequately regenerate some parts of the limbs and depending on the conditions in which regeneration takes place, such as age of the animal, the inter-relationship of the injured tissue with other muscles, and the type of operation, can involve complete regeneration of some musculoskeletal structure. Werber and Goldschmidt (1909) found that the goose and duck were capable of regenerating their beaks after partial amputation [65] and Sidorova (1962) observed liver regeneration via hypertrophy in roosters. [66] Birds are also capable of regenerating the hair cells in their cochlea following noise damage or ototoxic drug damage. [67] Despite this evidence, contemporary studies suggest reparative regeneration in avian species is limited to periods during embryonic development. An array of molecular biology techniques have been successful in manipulating cellular pathways known to contribute to spontaneous regeneration in chick embryos. [68] For instance, removing a portion of the elbow joint in a chick embryo via window excision or slice excision and comparing joint tissue specific markers and cartilage markers showed that window excision allowed 10 out of 20 limbs to regenerate and expressed joint genes similarly to a developing embryo. In contrast, slice excision did not allow the joint to regenerate due to the fusion of the skeletal elements seen by an expression of cartilage markers. [69]

Similar to the physiological regeneration of hair in mammals, birds can regenerate their feathers in order to repair damaged feathers or to attract mates with their plumage. Typically, seasonal changes that are associated with breeding seasons will prompt a hormonal signal for birds to begin regenerating feathers. This has been experimentally induced using thyroid hormones in the Rhode Island Red Fowls. [70]

Mamíferos Editar

Mammals are capable of cellular and physiological regeneration, but have generally poor reparative regenerative ability across the group. [1] [24] Examples of physiological regeneration in mammals include epithelial renewal (e.g., skin and intestinal tract), red blood cell replacement, antler regeneration and hair cycling. [71] [72] Male deer lose their antlers annually during the months of January to April then through regeneration are able to regrow them as an example of physiological regeneration. A deer antler is the only appendage of a mammal that can be regrown every year. [73] While reparative regeneration is a rare phenomenon in mammals, it does occur. A well-documented example is regeneration of the digit tip distal to the nail bed. [74] Reparative regeneration has also been observed in rabbits, pikas and African spiny mice. In 2012, researchers discovered that two species of African Spiny Mice, Acomys kempi y Acomys percivali, were capable of completely regenerating the autotomically released or otherwise damaged tissue. These species can regrow hair follicles, skin, sweat glands, fur and cartilage. [75] In addition to these two species, subsequent studies demonstrated that Acomys cahirinus could regenerate skin and excised tissue in the ear pinna. [76] [77]

Despite these examples, it is generally accepted that adult mammals have limited regenerative capacity compared to most vertebrate embryos/larvae, adult salamanders and fish. [78] But the regeneration therapy approach of Robert O. Becker, using electrical stimulation, has shown promising results for rats [79] and mammals in general. [80]

Some researchers have also claimed that the MRL mouse strain exhibits enhanced regenerative abilities. Work comparing the differential gene expression of scarless healing MRL mice and a poorly-healing C57BL/6 mouse strain, identified 36 genes differentiating the healing process between MRL mice and other mice. [81] [82] Study of the regenerative process in these animals is aimed at discovering how to duplicate them in humans, such as deactivation of the p21 gene. [83] [84] However, recent work has shown that MRL mice actually close small ear holes with scar tissue, rather than regeneration as originally claimed. [76]

MRL mice are not protected against myocardial infarction heart regeneration in adult mammals (neocardiogenesis) is limited, because heart muscle cells are nearly all terminally differentiated. MRL mice show the same amount of cardiac injury and scar formation as normal mice after a heart attack. [85] However, recent studies provide evidence that this may not always be the case, and that MRL mice can regenerate after heart damage. [86]

Humans Edit

The regrowth of lost tissues or organs in the human body is being researched. Some tissues such as skin regrow quite readily others have been thought to have little or no capacity for regeneration, but ongoing research suggests that there is some hope for a variety of tissues and organs. [1] [87] Human organs that have been regenerated include the bladder, vagina and the penis. [88]

As are all metazoans, humans are capable of physiological regeneration (i.e. the replacement of cells during homeostatic maintenance that does not necessitate injury). For example, the regeneration of red blood cells via erythropoiesis occurs through the maturation of erythrocytes from hematopoietic stem cells in the bone marrow, their subsequent circulation for around 90 days in the blood stream, and their eventual cell-death in the spleen. [89] Another example of physiological regeneration is the sloughing and rebuilding of a functional endometrium during each menstrual cycle in females in response to varying levels of circulating estrogen and progesterone. [90]

However, humans are limited in their capacity for reparative regeneration, which occurs in response to injury. One of the most studied regenerative responses in humans is the hypertrophy of the liver following liver injury. [91] [92] For example, the original mass of the liver is re-established in direct proportion to the amount of liver removed following partial hepatectomy, [93] which indicates that signals from the body regulate liver mass precisely, both positively and negatively, until the desired mass is reached. This response is considered cellular regeneration (a form of compensatory hypertrophy) where the function and mass of the liver is regenerated through the proliferation of existing mature hepatic cells (mainly hepatocytes), but the exact morphology of the liver is not regained. [92] This process is driven by growth factor and cytokine regulated pathways. [91] The normal sequence of inflammation and regeneration does not function accurately in cancer. Specifically, cytokine stimulation of cells leads to expression of genes that change cellular functions and suppress the immune response. [94]

Adult neurogenesis is also a form of cellular regeneration. For example, hippocampal neuron renewal occurs in normal adult humans at an annual turnover rate of 1.75% of neurons. [95] Cardiac myocyte renewal has been found to occur in normal adult humans, [96] and at a higher rate in adults following acute heart injury such as infarction. [97] Even in adult myocardium following infarction, proliferation is only found in around 1% of myocytes around the area of injury, which is not enough to restore function of cardiac muscle. However, this may be an important target for regenerative medicine as it implies that regeneration of cardiomyocytes, and consequently of myocardium, can be induced.

Another example of reparative regeneration in humans is fingertip regeneration, which occurs after phalange amputation distal to the nail bed (especially in children) [98] [99] and rib regeneration, which occurs following osteotomy for scoliosis treatment (though usually regeneration is only partial and may take up to 1 year). [100]

Yet another example of regeneration in humans is vas deferens regeneration, which occurs after a vasectomy and which results in vasectomy failure. [101]

Reptiles Edit

The ability and degree of regeneration in reptiles differs among the various species, but the most notable and well-studied occurrence is tail-regeneration in lizards. [102] [103] [104] In addition to lizards, regeneration has been observed in the tails and maxillary bone of crocodiles and adult neurogenesis has also been noted. [102] [105] [106] Tail regeneration has never been observed in snakes. [102] Lizards possess the highest regenerative capacity as a group. [102] [103] [104] [107] Following autotomous tail loss, epimorphic regeneration of a new tail proceeds through a blastema-mediated process that results in a functionally and morphologically similar structure. [102] [103]

Chondrichthyes Edit

Studies have shown that some chondrichthyans can regenerate rhodopsin by cellular regeneration, [108] micro RNA organ regeneration, [109] teeth physiological teeth regeneration, [65] and reparative skin regeneration. [110] Rhodopsin regeneration has been studied in skates and rays. [108] After complete photo-bleaching, rhodopsin can completely regenerate within 2 hours in the retina. [108] White bamboo sharks can regenerate at least two-thirds of their liver and this has been linked to three micro RNAs, xtr-miR-125b, fru-miR-204, and has-miR-142-3p_R-. [109] In one study two thirds of the liver was removed and within 24 hours more than half of the liver had undergone hypertrophy. [109] Leopard sharks routinely replace their teeth every 9–12 days [65] and this is an example of physiological regeneration. This can occur because shark teeth are not attached to a bone, but instead are developed within a bony cavity. [65] It has been estimated that the average shark loses about 30,000 to 40,000 teeth in a lifetime. [65] Some sharks can regenerate scales and even skin following damage. [110] Within two weeks of skin wounding the mucus is secreted into the wound and this initiates the healing process. [110] One study showed that the majority of the wounded area was regenerated within 4 months, but the regenerated area also showed a high degree of variability. [110]


Stem cells in skeletal muscle growth and regeneration in amniotes and teleosts: Emerging themes

Peter D. Currie, Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, 18 Innovation Walk, Clayton, VIC 3800, Australia.

Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

EMBL Australia, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

EMBL Australia, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

EMBL Australia, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

Peter D. Currie, Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, 18 Innovation Walk, Clayton, VIC 3800, Australia.

Funding information: National Health and Medical Research Council, Grant/Award Numbers: APP1041885, APP1136567, APP1104190, APP1159278

Abstracto

Skeletal muscle is a contractile, postmitotic tissue that retains the capacity to grow and regenerate throughout life in amniotes and teleost. Both muscle growth and regeneration are regulated by obligate tissue resident muscle stem cells. Given that considerable knowledge exists on the myogenic process, recent studies have focused on examining the molecular markers of muscle stem cells, and on the intrinsic and extrinsic signals regulating their function. From this, two themes emerge: firstly, muscle stem cells display remarkable heterogeneity not only with regards to their gene expression profile, but also with respect to their behavior and function and secondly, the stem cell niche is a critical regulator of muscle stem cell function during growth and regeneration. Here, we will address the current understanding of these emerging themes with emphasis on the distinct processes used by amniotes and teleost, and discuss the challenges and opportunities in the muscle growth and regeneration fields.

  • Adult Stem Cells, Tissue Renewal, and Regeneration > Tissue Stem Cells and Niches
  • Early Embryonic Development > Development to the Basic Body Plan
  • Vertebrate Organogenesis > Musculoskeletal and Vascular

Abstracto

Muscle growth and regeneration is regulated by obligate tissue resident muscle stem cells. Here, we review the current understanding of the role of muscle stem cells in muscle growth, specifically discussing the distinct processes used by amniotes and teleosts, and in muscle regeneration, addressing the importance of muscle stem cell heterogeneity, and the niche.


Ver el vídeo: Contracción Muscular - Ciclo de Puentes Cruzados. Alila Medical Media Español. (Enero 2022).