Una introducción a envejecimiento y regeneración

Developmental Biology

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Summary

Los tejidos se mantienen a través de un equilibrio de envejecimiento celular y la regeneración. Envejecimiento se refiere a la pérdida gradual de la función celular y la regeneración es la reparación de tejido dañado, generalmente mediada por células adultas o somáticas preexistentes. Los científicos están interesados en entender los mecanismos biológicos detrás de estos dos procesos complejos. Al hacerlo, los investigadores pueden ser capaces de utilizar células somáticas para tratar enfermedades degenerativas y desarrollar terapias que podrían retrasar los efectos del envejecimiento.

En este video, le ofrecemos una breve historia del campo de envejecimiento y regeneración, tocando sobre observaciones hechas en la antigua Grecia, así como experimentos de moderno-día. Algunas de las preguntas en este campo y los prominentes métodos utilizados por biólogos para contestarlas, luego se exploran. Por último, nos fijamos en unos experimentos específicos está llevando a cabo en el envejecimiento de la today\ y laboratorios de investigación de la regeneración.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la biología del desarrollo. Una introducción a envejecimiento y regeneración. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Biólogos en el campo del envejecimiento y la regeneración tienen como objetivo comprender los mecanismos de estos dos complejos procesos que están implicados en el mantenimiento de la homeostasis del tejido.

Envejecimiento o "senescencia de," implica el deterioro de la morfología celular y pérdida de las funciones con el tiempo, mientras que la regeneración se refiere al reemplazo de las células envejecidas o dañadas. Los tejidos de nuestro organismo se mantienen en un delicado equilibrio entre senescencia y regeneración. Aunque la mayoría de nuestros tejidos tienen una duración limitada, algunos de ellos tienen la capacidad de regenerar completamente a raíz de una lesión.

Este video hablará brevemente sobre la historia, destacando los principales descubrimientos en el campo, algunas de las preguntas importantes que están actualmente siendo investigadas, algunos ensayos que se utilizan para responder a estas preguntas y algunas aplicaciones de laboratorio específico de estos conceptos.

Antes de hablar de los experimentos actuales están llevando a cabo, vamos a echar un vistazo a algunos de los descubrimientos importantes en la historia de investigación de envejecimiento y regeneración.

Las primeras observaciones de la regeneración de los tejidos se produjeron alrededor del año 350 A.C., cuando Aristóteles observaron que lagartos fueron capaces de regenerar su cola después de que habían sido cortadas.

En el siglo XVIII, regeneración del tejido se convirtió en un tema de investigación y tres científicos - R. A. Ferchault de Réaumur, Abraham Trembley, y Lazzaro Spallanzani-independiente llevado a cabo estudios de regeneración de tejido detallada en cangrejos, hydra y tritones, respectivamente.

Científico convencional se convirtió en menos interesado en el fenómeno de la regeneración en el próximo siglo, pero en el temprano interés de 1900 comenzó a acumulación en el campo relacionado de la edad. Alexis Carrel, un cirujano francés y biólogo, sugirió que las células cultivadas en cultivo eran inmortales y podían dividir indefinidamente. Sin embargo, otros científicos no podían replicar sus afirmaciones.

En 1961 Leonard Hayflick y Paul Moorhead demostraron que, contrariamente a lo que Carrel afirma, las células normales en cultivo se someten a División de un número finito de veces, aproximadamente 40 a 60, tras lo cual entran en la fase de senescencia. Este fenómeno de división celular limitada se convirtió conocido como el "límite de Hayflick".

Las primeras señales de un mecanismo de este límite llegaron en 1973, cuando el biólogo soviético Alexey Olovnikov reconoció que la maquinaria de replicación del ADN no podía replicar completamente los extremos de los cromosomas, llamados telómeros. Predijo la existencia de un mecanismo para mantener la longitud de los telómeros en saludable y las células cancerosas.

Más tarde en 1984, Elizabeth Blackburn, Carol Greider y Jack Szostak descubrieron que este mecanismo implicado una enzima llamada telomerasa. Demostraron que eso telomerase es responsable de la adición de secuencias repetitivas en el extremo 3' del cromosoma, que permitiría luego la ADN polimerasa replicar completamente los extremos del cromosoma. Blackburn, Greider y Szostak compartieron el Premio Nobel por este descubrimiento en el año 2009.

Ahora que hemos repasado algunos de los descubrimientos relacionados con envejecimiento y regeneración, echemos un vistazo a algunas preguntas claves se pide hoy en el campo.

Investigado la pregunta importante es: ¿cómo las células de edad? Una teoría que prevalece de envejecimiento celular se llama la teoría del Radical libre. La idea es que, cuando organelas celulares llamadas mitocondrias realizan respiración oxidativa, se forman subproductos conocidos como especies reactivas del oxígeno, o ROS. Sobreproducción de estas moléculas induce estrés oxidativo, que altera la función de los orgánulos como el retículo endoplasmático, las mitocondrias se y también puede producir daños en el ADN nuclear. Los científicos están interesados en descubrir los mecanismos detrás de estos sucesos.

Otra pregunta que se pide es: ¿Cuáles son los fisiológicos y los factores ambientales que afectan la vida útil de un organismo? Algunos investigadores tratan de analizar los efectos de los cambios ambientales, la restricción calórica por ejemplo, en la vida de un organismo. Otros investigadores están interesados en la identificación de genes y vías bioquímicas que regulan el proceso de envejecimiento.

Finalmente, los científicos también están intentando comprender cómo los tejidos se someten a la regeneración espontánea después de lesión. Células especiales conocidas como células madre adultas se han encontrado en este proceso, y algunos investigadores son curiosos acerca de la dinámica de estas células después de la lesión. Desde una perspectiva clínica, los científicos están interesados en investigar cómo estas células se pueden emplear en terapias para trastornos degenerativos.

Ahora que conoces algunas de las preguntas en el campo, echemos un vistazo a herramientas de investigación que emplean los científicos para responder a estas preguntas.

Una de las formas de medir la edad de las células es mediante la determinación de la actividad de longitud y telomerasa telómeros. Ambos estos parámetros pueden ser medidos usando la reacción en cadena de polimerasa, o PCR.

Los científicos también examinan los marcadores establecidos de las células senescentes, como β-galactosidasa. Esto puede hacerse tinción de las células usando análisis bioquímicos y observar al microscopio.

Para examinar los factores que afectan la vida del organismo, los científicos utilizan a menudo los organismos modelo invertebrados, como gusanos o moscas. Las ventajas con estos organismos modelos son sus tiempos de generación relativamente corto y su capacidad para ser cultivada en configuraciones simples de laboratorio. Además, manipulación genética se puede realizar fácilmente en estos organismos, que ayudan a los científicos examinar el papel de los genes en el proceso de envejecimiento y la longevidad.

Finalmente, el papel de las células madre adultas en regeneración tisular puede ser estudiado mediante varios enfoques. Por ejemplo, los científicos pueden etiquetar las células madre adultas en el tejido diana con marcadores específicos, que les permiten a estas células como tejido se regenera. A veces, los investigadores directamente inyectan estas células multipotentes en el tejido dañado para estudiar su papel en la reparación posterior a la lesión.

Ya que ahora sabe usted algunos de los métodos utilizados en el campo del envejecimiento y la regeneración de los tejidos, vamos a ver algunas aplicaciones específicas de estos métodos.

El nemátodo Caenorhabditis elegans se ha utilizado como una plataforma de proyección para identificar mutaciones en el gen que pueden prolongar la vida útil. Aquí, después de la sincronización de la edad con la ayuda de un protocolo tiempo de puesta de huevos, los científicos analizaron el efecto de una mutación de gene de la vida útil de un organismo.

Para estudiar los mecanismos de regeneración de los tejidos, existen muchos modelos que impliquen lesión inicial seguido por el análisis de los mecanismos regenerativos. En este ejemplo, los científicos examinaron regeneración de los tejidos después de la ablación de la línea lateral, un componente sensorial clave del sistema de nervioso periférico de pez cebra.

Para inducir la ablación, los científicos trataron peces con gentamicina. Después del tiempo de recuperación designado, los peces fueron vertidos en la solución de colorante vital fluorescente, que tiñe las células neuronales. Tinción de las células eran entonces cuantificado utilizando microscopía de fluorescencia.

Por último, los investigadores a menudo inyectan células madre adultas para inducir la reparación del tejido dañado. Aquí, los científicos utilizan células madre multipotentes para inducir la regeneración de los tejidos musculares dañados. Para ello, los científicos generaron modelos de ratón con los músculos de extremidades dañadas. Entonces, multipotentes células madre fueron inyectadas directamente en los músculos dañados. Después de la inyección, las células se les dio tiempo para proliferar y diferenciarse y su contribución a la funcional se analizó la mejoría.

Sólo ha visto la introducción de Zeus al campo del envejecimiento y la regeneración. Este video repasa históricos destacados del campo, algunas preguntas clave hecha por biólogos, algunos ensayos prominente siendo utilizados para responder a esas preguntas y experimentos actuales para entender la biología de la senescencia y la regeneración. ¡Como siempre, gracias por ver!

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