Sunday, January 29, 2017

HUMAN REPLACEMENT ORGANS




HUMAN REPLACEMENT ORGANS, WITHOUT IMMUNE REJECTION



What, if we could generate in animals,  human  replacement  organs ?. To this end: Jun Wu and Juan Carlos Izpisua Belmonte injected stem cells obtained from the skin of a human to an early embryo of pig in order to grow human stem cells in these embryos in order to develop human organs in pigs to be transplanted to humans, without risk of immune rejection. A method which first requires  to generate chimeras (2 different genomes/mosaics or mixtures of human and pig cells). Almost simultaneously: Tomoyuki Yamaguchi and Hideyuki Sato (University of Tokyo) and Hiromitsu Nakauchi (U. of Stanford), inserted pancreatic glands (composed of mouse cells), grown in a rat, which helped reverse induced diabetes, in mice. By the way, a procedure not without risks, such as  to create humanized animals. If human stem cells are incorporated into the brain of a pig, it could acquire human qualities or be part of its reproductive organs. In 2013, Dr. Steven Goldman injected a special type of human brain cells into mice, favoring the learning of these animal. As a result, bans on these procedures emerged. The NIH (American National Health Institutes),  requires that human stem cells to be injected into animal embryos be previously examined by a committee of experts. It is difficult to convert human stem cells into replacement organs  treating them with chemicals inside glass tubes, in order to create   brains, hearts, lungs and others, instead  with live embryos. Now, it is possible to create mouse chimeras  injecting even iPS cells (induced stem cells) into rat embryos. In order  to produce specific organs,  Izpisua Belmonte  and Dr. Nakauchi direct  donation of human stem cells to generate specific organs in recipient species. To do this, Nakauchi disconnects the master gene that generates pancreas in rats, so that when mouse stem cells are injected into the early embryo of a rat, a pancreas is created consisting exclusively of rat cells, rather than cell mixtures (rat-mouse) ; a procedure that also prevents cells from being incorporated into the brain or reproductive tissue. 10% of mouse pancreas, generated in rats, are composed of rat cells because rats supply blood vessels to the organs, but  blood vessels of the rat are rapidly replaced when the organs already formed are transferred to the mice . In the near future, it is expected that  genomic editing technique: Crispr-Cas will allow human cells inserted into a pig embryo to be correctly channeled into organs of interest.





ORGANOS HUMANOS DE REEMPLAZO,  SIN RECHAZO INMUNE



Y  que, si  pudiesemos  generar en animales, organos humanos de reemplazo?. A este fin: Jun Wu y  Juan Carlos Izpisua Belmonte  inyectaron  celulas madre  obtenidas de la piel de un humano,  a un temprano embrion  de cerdo  a fin  de   hacer  crecer celulas madre humanas en estos embriones para     desarrollar  organos humanos en cerdos, a  ser   transplantados a humanos, sin   riesgo de rechazo inmune. Un   procedimiento  que requiere   generar primero  quimeras (2 genomas diferentes/mosaicos o mezclas de  celulas humanas y de cerdo). Casi simultaneamente :  Tomoyuki Yamaguchi y  Hideyuki Sato (Universidad de Tokio)  y  Hiromitsu Nakauchi (U. de  Stanford), insertaron  glandulas pancreaticas (compuestas  por   celulas de raton), hechas crecer   en una rata, que ayudaron a revertir  diabetes inducidas, en  ratones. Por cierto, un  procedimiento no exento de riesgos  :  crear animales humanizados. Si las celulas madre humanas se   incorporan al cerebro de un cerdo este podria adquirir cualidades humanas o, formar parte de sus   organos  reproductivos.   El 2013, el Dr. Steven Goldman inyecto  un tipo  especial  de  celulas cerebrales humanas a ratones,  favoreciendo  el aprendizaje del animal. Ante ello, emergieron    prohibiciones para estos procedimientos.  El  NIH (National Health Institutes), americano exige que las células madre humanas a ser inyectadas en  embriones animales sean examinadas previamente por un comité de expertos.   Es dificil  convertir celulas madre humanas en  organos de reemplazo  tratandolas con sustancias quimicas al interior de tubos de vidrio, en vez de construir cerebros, corazones, pulmones y otros con  embriones vivos. Ahora, es posible  crear  quimeras de  raton  inyectando  incluso celulas  iPS (celulas madre inducidas),  a embriones de rata. De otro lado, se  trabaja intensamente para producir   organos especificos.    Izpisua Belmonte’s y el  Dr. Nakauchi  dirigen la donacion de celulas humanas para generar organos especificos en especies recipientes. Para ello,  Nakauchi  desconecta el gene maestro  que  genera   pancreas en ratas,  de modo que cuando las celulas madre del raton son inyectadas al  embrion temprano de una rata, se crea   un pancreas conformado  exclusivamente por  celulas de rata,  en lugar de  de  mezclas de celulas  : rata-raton ; un  procedimiento que   impide  tambien que las celulas sean incorporadas al cerebro o al   tejido reproductivo. del formulario

El 10% de pancreas de ratones,  generados en ratas  estan compuestos de celulas de rata,  porque las ratas suministran  los vasos sanguineos para los organos, pero   los vasos sanguineos de la rata son reemplazados rapidamente  cuando los organos ya formados, son transferidos a los ratones.   En el futuro cercano, se espera que  la tecnica de edicion genomica :  Crispr-Cas   permita que las celulas humanas insertadas en un   embrion de cerdo  sean  correctamente  canalizadas hacia  organos de interés. 

Tuesday, January 24, 2017

PROTOCELLS AND ORIGIN OF LIFE




MICRODROPLETS AND ORIGIN OF LIFE


The rejection of  spontaneous life’s generation  theory,  would impel to Aleksandr Oparin (1924), to raise a hypothesis about the  origin of  life. According to him, lightning  provoked chemical reactions between amino acids and abiotic organic molecules, forming colloids (in oceans and stagnant primitive waters), held together by electrostatic forces that would evolve to protocells (liquid drops, without membranes, containing abiotic molecules and thereafter  nucleic acids), prone to autosynthesis, theory endorsed later by the experiments of Stanley Miller (1953). Now David Zwicker (Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, CA, Hyman, AA & Jülicher, F. Nat. Phys. Http://dx.doi.org/10.1038/nphys3984: 2016) and collaborators (Max Planck Institute), strive to understand and replicate the formation of first protocells (chemically active microdrops: absorbing and expelling chemicals), tending to make them spontaneously self-breeding and self-dividing, a phenomenon that would create the most primitive cells. The next step for these protocells would be to self-supply a membrane of fatty acids to keep captured the chemicals of life. It is here that experiments carried out by Zwicker and his students come on the scene, studying certain special organelles resembling microdrops (centrosomes), engaged in the division of animal cells. Centrosomes are chemically active systems responsible for continuously exchanging proteins between the liquid environment and  cellular cytoplasm. Zwicker identified proteins in state A, which dissolve in the liquid environment and others in an insoluble state (B). Sometimes state B, spontaneously becomes state A, flowing out of  microdroplets. The opposite: that a protein in state A, transformed into state B, requires a source of energy. As long as there is energy,  molecules will flow in and out of an active microdroplets. In the primordial earth sunlight was that energy. When an active drop reached a certain volume the effluvia were counterbalanced to one another to stop growing and to have reached stable states. Instabilities of the form of the microdrops were due to an excess of molecules B, which  when  ingested  by a certain area of ​​the surface, accelerated the growth of the microdrolplets  as more molecules entered. Under these circumstances, the droplet  was elongated and its center was pinched   (because it had less surface area), giving rise to a pair of microdrops that grew to the characteristic size of its progenitor. When Zwicker saw the equations and divisions mentioned above, he realized they were protocells. Zwicker now works with Dora Tang (Biology Laboratory, Max Planck Institute), to observe the division of active microdrops. Tang's laboratory now synthesizes artificial cells made of polymers, lipids and proteins. According to Tang when the droplets begin to divide, they will transfer genetic information: proteins encoding RNA or DNA, provided in equal parts to  daughter cells. And, if the genetic material increases the rate of cell division,  protocells will acquire membranes.

MICROGOTAS  y ORIGEN DE LA VIDA


El rechazo de la teoría de la generación espontánea impulsaría a Aleksandr Oparin  (1924),  a plantear una  hipótesis sobre el origen de la vida. Según el:   relámpagos y rayos provocaron  reacciones químicas entre  aminoácidos  y moléculas orgánicas abióticas, formando  coloides (en océanos y aguas primitivas estancadas), mantenidos unidos por fuerzas electrostáticas que evolucionarían a  protocelulas (gotas liquidas, sin membranas,  conteniendo moléculas abióticas y después ácidos nucleicos),   propensas  a la autosíntesis,   teoría refrendada más tarde   por los experimentos de Stanley Miller (1953). Ahora  David Zwicker (Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. A., Hyman, A. A. & Jülicher, F. Nat. Phys. http://dx.doi.org/10.1038/nphys3984 :2016) y colaboradores (Max Planck Institute), se empeñan  en entender y replicar  la  formación de las primeras protocelulas (microgotas  químicamente activas: que absorbían y  expelían sustancias químicas), tendientes a hacerlas autocrecer y a autodividirse espontáneamente, fenómeno que crearía las    células más primitivas.  El siguiente paso para estas protocelulas,  seria auto-proveerse de  una membrana de acidos grasos para mantener capturadas las sustancias  químicas de la vida.  Es aquí donde los experimentos llevados a cabo por    Zwicker y sus estudiantes entran en escena,  estudiando  ciertas  organelas especiales semejantes  a microgotas (centrosomas), comprometidas en la división de  células animales. Los centrosomas  son sistemas químicamente activos encargados    de intercambiar  continuamente proteínas entre el medioambiente líquido y el citoplasma celular. Zwicker identifico  proteínas en  estado A, que se disuelven en el medio ambiente líquido y otras en estado insoluble (estado B). A veces el estado  B, se convierte  espontáneamente en estado  A,  fluyendo  fuera de la microgota. Lo contrario: que una proteína en estado A, se transforme en estado B, requiere una fuente de energía.  Mientras exista energía las moléculas fluirán  hacia dentro y hacia afuera de una microgota activa. En la tierra primordial la luz solar era esa energía.  Cuando una gota activa alcanzaba cierto volumen los influjos y eflujos se contrabalanceaban una a otra para dejar de crecer y  por haber alcanzado  estados estables. Las inestabilidades de la forma de las microgotas se debían a un exceso  de moléculas B, que ingesaban  a la microgota por cierta  área    de la superficie,  acelerándose  el crecimiento de la microgota a medida que más moléculas  ingresaban.  En estas circunstancias,  la gota se elongaba y  se perforaba su  centro (por tener menos área de superficie), originando un par de microgotas que crecían al tamaño característico de su progenitora. Cuando  Zwicker vio las ecuaciones y las divisiones mencionadas, se dio cuenta que eran protocelulas. Zwicker  trabaja ahora con   Dora Tang (Biology Laboratory,  Max Planck Institute), para   observar la división de  microgotas activas.  El laboratorio de Tang sintetiza   ahora células artificiales hechas de polímeros,  lípidos y  proteínas. Según Tang cuando las  gotas empiecen a dividirse  transferirán información genética: proteínas codificadoras de RNA o DNA, proveídas en   partes iguales a las   células hijas. Y,  si el  material genético incrementa la tasa de división celular, las protocelulas adquirirán membranas.