AUn niño, Samantha Brugmannahora bióloga del desarrollo en el Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati, tenía un único deseo navideño: un kit científico que incluía un microscopio y una abeja. Con la nueva herramienta científica, exploró las diminutas partes del insecto, lo que despertó su interés por la ciencia que la inspiró a seguir una carrera en investigación. Ahora, en su laboratorio, Brugmann y su equipo observan a través de microscopios las complejidades del desarrollo craneofacial, con la esperanza de comprender los mecanismos moleculares y celulares del desarrollo y la enfermedad.
¿Qué despertó su interés por el desarrollo craneofacial?
La bióloga del desarrollo Samantha Brugmann estudia el desarrollo craneofacial utilizando modelos in vivo e in vitro.
Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati.
Mi primer contacto con el campo craneofacial fue como estudiante de posgrado en el laboratorio de un anatomista y neurocientífico. Sally Moody En la Universidad George Washington, en ese momento, investigué el papel de ciertos genes en el desarrollo de placodas cranealesque son estructuras embrionarias transitorias que dan origen a todos los órganos sensoriales.1 Mientras me preparaba para pasar a un puesto de investigación posdoctoral, Sally me sugirió que asistiera a una reunión sobre el desarrollo craneofacial, donde me di cuenta de lo importante que es este campo de investigación. A diferencia de otros síndromes o lesiones que padecen las personas, una persona con una anomalía craneofacial no puede ocultarla y la gente juzga a los demás basándose en nuestros rostros. Por lo tanto, si pudiera ayudar a los pacientes con eso, sería de gran impacto para ellos y sus familias.
¿Cómo investiga su equipo los mecanismos detrás del desarrollo craneofacial?
Utilizamos diferentes enfoques para estudiar la formación de la cabeza y la cara, incluidas las células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC). En este enfoque, obtenemos células de pacientes a partir de las cuales generamos iPSC. Luego, utilizando protocolos específicos, diferenciamos estas iPSC en células de la cresta neural, que son esenciales para el desarrollo craneofacial. También utilizamos embriones de ratón y de aves para investigar las moléculas que intervienen en la generación de estructuras craneofaciales, ya que este proceso está altamente conservado en diferentes especies.
¿Por qué los embriones de pollo son un modelo interesante para estudiar la formación de la cabeza y la cara?
El modelo de pollo ha sido fundamental para el desarrollo craneofacial. Por ejemplo, se descubrieron células de la cresta neural en este modelo.2 Los investigadores también han identificado variantes naturales en las manadas de pollos que sirven como excelentes modelos para las condiciones humanas. Por ejemplo, los mutantes aviares tálpidos tienen malformaciones craneofaciales y en las extremidades, y los investigadores los han utilizado para comprender el desarrollo craneofacial y de las extremidades desde la década de 1950.2
El equipo de Brugmann investiga el desarrollo craneofacial utilizando el talpid2 mutante, un mutante aviar que muestra polidactilia y graves malformaciones craneofaciales.
Evan Brooks
Nos interesamos por uno de estos mutantes, tálpido2basándose en indicios de que su fenotipo craneofacial estaba relacionado con defectos de los cilios primarios.3 Utilizando la secuenciación del genoma completo en estos embriones de pollo, identificamos una mutación en el Dominio C2 que contiene el regulador de elongación de 3 centriolos (C2CD3) gen, que codifica una proteína esencial para el cilio primario, revelando una vínculo genético para tálpido2 fenotipos.4 Dado que las mutaciones en C2CD3 También se observan en pacientes con síndrome oral-facial-digital, continuamos comparando los fenotipos del mutante aviar y del paciente y descubrimos que se fenocopiaban entre sí al 100 por ciento, lo que sugiere que tálpido2 es Un modelo confiable para esta ciliopatía humana.5
¿Qué saben los investigadores sobre el papel de los cilios primarios en el desarrollo craneofacial?
Casi todas las células del cuerpo humano tienen un cilio primario. Este orgánulo sobresale de la célula, detecta el entorno y transduce esa señal. En lo que respecta a las ciliopatías, alrededor del 30 por ciento se caracterizan principalmente por anomalías craneofaciales, lo que sugiere que el complejo craneofacial es sensible al papel del cilio y requiere un cilio funcional. Aunque este orgánulo se describe esencialmente como un centro de señalización molecular, encontramos variaciones entre los cilios en diferentes tejidos. Recientemente, examinamos este heterogeneidad ciliar y descubrieron que los genes que son importantes para la forma y función de los cilios se expresan de manera diferencial en diferentes tejidos.6 Esto podría ayudar a explicar por qué observamos un fenotipo principalmente craneofacial en algunas ciliopatías y no en otras.
¿Cuáles son algunas de las preguntas que planea explorar en los próximos años?
Queremos seguir investigando la heterogeneidad ciliar, explorando el papel de las diferentes vías moleculares, en particular las que contribuyen a la formación ósea. En el contexto del desarrollo craneofacial, queremos ayudar a reconstruir o tratar problemas congénitos o inducidos por lesiones, y la obtención de tejido esquelético suele ser uno de los mayores desafíos. Podríamos aplicar lo que hemos aprendido sobre los cilios primarios a las células de la cresta neural para dirigir estas células a diferenciarse en tipos celulares específicos, como las células óseas. Para los pacientes que necesitan una reparación quirúrgica, esto podría significar fabricar huesos a partir de las células que forman las estructuras faciales, al mismo tiempo que se evita cualquier tipo de rechazo, ya que estas células provienen del propio cuerpo del paciente.
¿Qué es lo que más te gusta de ser investigador?
La emoción de descubrir algo nuevo es sin duda un factor. Como mentor, es maravilloso ver cómo los estudiantes evolucionan desde una etapa en la que necesitan una mano que los guíe a una etapa en la que hacen preguntas por sí mismos y se apropian de sus proyectos. Nuestra investigación también nos da la oportunidad de interactuar a veces con los pacientes, y eso cambia por completo tu perspectiva sobre por qué haces lo que haces. Podemos mirar huevos de gallina todo el día y pensar que es genial, pero una vez que hablas con la familia y te das cuenta de lo mucho que quieren una respuesta, ese es un nivel de motivación que te hace trabajar más duro para obtener esos datos y respuestas. Quieres darles algo a cambio. Quieres hacerles saber que alguien está haciendo estas preguntas para obtener las respuestas para ellos.
Esta entrevista ha sido editada para mayor brevedad y claridad.
Brugmann fue nominado para esta entrevista a través de The Scientist. Programa de perfiles de pares Envíos.