Una colaboración entre investigadores del Departamento de Ingeniería Biomédica y la Facultad de Medicina de la Universidad Texas A&M identifica el papel crucial de los minerales en la regulación de la expresión génica, controlando así la cantidad de proteínas que debe producir una célula, fomentando la regeneración de tejidos y redefiniendo la identidad celular.
Esta investigación allana el camino para que futuros estudios identifiquen el papel de minerales específicos, así como también cómo se pueden ensamblar para diseñar la próxima generación de medicina mineral para curar el tejido dañado.
Los minerales son elementos inorgánicos que desempeñan muchas funciones vitales, trabajando de forma interactiva con vitaminas, enzimas, hormonas y otros cofactores de nutrientes para regular miles de funciones biológicas del cuerpo. Aunque se ha demostrado que varios minerales regulan la expresión génica y la actividad celular, muy pocos trabajos se han centrado en comprender los mecanismos moleculares subyacentes.
En el estudio se ha introducido una nueva clase de nanopartículas a base de minerales para dirigir las células madre humanas hacia las células óseas. Estas nanopartículas se conocen específicamente como nanosilicatos y, con ellas, el equipo puede determinar el papel de los minerales en la regulación de los perfiles de expresión génica para dirigir la diferenciación de las células madre.
Estas nanopartículas son altamente biocompatibles y las células las consumen fácilmente. Una vez dentro del cuerpo celular, las nanopartículas se disuelven lentamente en minerales individuales como el silicio, el magnesio y el litio.
Los nanosilicatos se disocian en minerales individuales dentro de las células y activan un conjunto de genes clave que dan como resultado el flujo de información a través de las células, conocidas como vías de señalización. Estas vías de señalización son responsables de instruir a las células para que asuman funciones específicas, como convertirse en otro tipo de células o iniciar el proceso de curación mediante la secreción de proteínas específicas de tejido conocidas como matriz extracelular.
Uno de los principales hallazgos de este estudio es que minerales como el silicio, el magnesio y el litio participan en la inducción de la osificación endocondral, un proceso mediante el cual las células madre se transforman en tejidos blandos y duros, como el cartílago y el hueso en humanos jóvenes.
“Hay mucha gente que quiere entender cómo los minerales impactan en el cuerpo humano, pero hay evidencia limitada para identificar cómo nos afectan a nivel celular”, afirman los científicos. “Nuestro estudio es uno de los primeros en utilizar la secuenciación imparcial de todo el transcriptoma para determinar cómo los iones minerales pueden dirigir el destino de las células madre”.
El enfoque propuesto aborda un desafío en los enfoques terapéuticos actuales que utilizan dosis suprafisiológicas de factores de crecimiento para dirigir la investigación de tejidos. Una dosis tan alta de factores de crecimiento da como resultado una variedad de complicaciones, que incluyen la formación descontrolada de tejido, la inflamación y la tumorigénesis, la producción o formación de células tumorales. Estos limitan adversamente el uso de factores de crecimiento como agente terapéutico en el campo de la medicina regenerativa.
Los expertos añaden que el impacto de este trabajo es de gran alcance porque comprender el efecto de los minerales para lograr la regulación deseada de la actividad celular tiene un gran potencial para abrir nuevas vías para desarrollar terapias clínicamente relevantes para la medicina regenerativa, la administración de fármacos y la inmunomodulación.