As células MDCK (do inglés Madin-Darby Canine Kidney ou células de ril canino Madin-Darby) son unha liña celular modelo de mamífero usada en investigación biomédica. As células MDCK son utilizadas para unha ampla variedade de estudos de bioloxía celular, como os de polaridade celular, adhesións célula-célula (denominadas unións adherentes), mobilidade celular colectiva, e respostas a factores de crecemento. É un dos poucos modelos de cultivo celular que é axeitado para o cultivo celular en 3D e os rearranxos celulares coñecidos como morfoxénese ramificante.^[1]

Despois do seu illamento inicial en 1958 a partir de células epiteliais de túbulo renal dun can Cocker Spaniel feita por S. H. Madin e N. B. Darby,^[2] a liña celular que leva os seus nomes foi empregada principalmente como modelo de infección viral de células de mamífero.^[3][4] De feito, eles elixiran illar as células de túbulo renal tendo en mente precisamente que se usarían para ese obxectivo, xa que previamente tiveran éxito estudando a infección viral de células derivadas de túbulos renais doutros mamíferos.^[5] Así, o propósito inicial para illar e cultivar células deste tecido non era xerar un novo sistema modelo para estudar a bioloxía das células epiteliais. Houbo que agardar ao ano 1970 ata que un laboratorio, o de Zbynek Brada, publicou un traballo describindo as células MDCK como unha liña celular representativa que levaba as características distintivas das células epiteliais de túbulo renal.^[6] Esta conclusión estaba baseada nas actividades de transporte de fluídos de monocapas formadas por células MDCK, a presenza de microvilosidades na súa superficie apical, e a súa capacidade de autoorganizarse en esferas ocas cando crecen tridimensionalmente. No seu informe, os autores especularon con que a "expresión histiotípica" pola cal as células MDCK formaron estruturas que lembraban o seu tecido de orixe podería ser aplicada frutuosamente ao estudo doutros tecidos. As décadas seguintes probaron que así era, aínda que o repertorio para estudar a organización e comportamento de células nos tecidos se ampliou considerablemente.^[7]

Durante a década de 1970, atopáronse novos usos para a liña celular MDCK como modelo de tecido epiteliail de mamífero. En 1982 Mina Bissell e colegas mostraron que as monocapas MDCK respondían á adición dun revestimento de coláxeno (denominado "cultivo en sandwich") proliferando e formando túbulos ocos.^[8] Isto deu a entender por primeira vez que a liña celular respondería a ambientes en 3D autoorganizando unha estrutura 3D apropiada que lembrase a dos túbulos renais. Nos anos que seguiron, demostrouse que o cultivo de células MDCK incrustadas completamente en coláxeno orixinaba esferas ocas ou acinos.^[9] Estas eran simples monocapas epiteliais cunhas partes definidas exterior e interior. Porén, o feito de que as células MDCK non formasen túbulos nesas condicións seguiu sen ter explicación ata máis tarde.

Durante o mesmo período na década de 1980, os biólogos que estudaron a motilidade celular atopáronse cun comportamento interesante e reproducible das células en cultivo: a resposta de espallamento ou dispersión. As células epiteliais en cultivo crecen normalmente en grupos apertados. Porén, podía inducirse a rotura dos contactos célula-célula e as células facíanse alongadas e móbiles despois da exposición a un "factor de espallamento ou dispersión" que era segregado por células mesenquimáticas como os fibroblastos Swiss 3T3.^[10] Isto descrito mellor polo grupo de Julia Gray en 1987.^[11] Durante o mesmo período a mediados de 1980, o grupo de Walter Birchmeier informou do uso dun anticorpo monoclonal para distorsionar os contactos célula-célula e alterar o a polaridade anterior-posterior de células en cultivo.^[12][13] A diana deste anticorpo foi despois identificada como un compoñente das unións intercelulares, a E-cadherina.^[14] Estas observacións dispares finalmente callaron nun paradigma firme para a modalidade celular e polaridade celular. As células epiteliais son tipicamente inmóbiles, pero poden volverse móbiles ao inhibírense as unións intercelulares ou pola adición de factores de crecemento que inducen a dispersión das células.^[15] Ambos son reversibles e ambos están implicados na rotura das unións intercelulares.

En 1991, a resposta dos acinos MDCK en cultivos tridimensionais ao factor de espallamento foi primeiramente publicada por Lelio Orci e colegas.^[16] Cultivaron acinos de células MDCK en xeles de coláxeno con ou sen fibroblastos Swiss 3T3, en cuxos medios podían intercambiarse pero os tipos celulares non estaban en contacto directo. Esta estratexia de cultivo celular, denominada cocultivo, inducía os acinos MDCK a sufrir unha morfoxénese ramificante, na cal as células se rearranxaban formando unha rede de túbulos interconectados que lembraban o desenvolvemento de moitos tecidos.^[17] No mesmo ano, descubriuse que o "factor de espallamento" era unha proteína descrita previamente segregada polos fibroblastos, o factor de crecemento de hepatocitos (HGF).^[18] Este traballo resolveu un importante enigma dos cultivos MDCK, xa que o tecido a partir do cal se derivaron estas células é tubular, porén desenvolvéranse previamente só dando lugar a acinos esféricos en cultivos 3D. Ademais deste paradoxo inmediato, creouse unha conexión esencial entre a indución aguda da mobilidade celular en cultivos 2D polo "factor de espallamento" e o seu impacto sobre a organización espacial adoptada en tecidos en 3D. Esta conexión segue sendo significativa como ligazón entre mecanismos definidos con precisión da mobilidade celular en 2D e o complexo rearranxo en 3D, cuxa regulación aínda non se coñece ben.

Nos últimos 20 anos, a comprensión da bioloxía das células MDCK en cultivos 3D avanzou principalmente polos traballos feitos no laboratorio de Keith Mostov. Este grupo centrouse na regulación da polaridade celular e os seus efectos "augas abaixo" sobre a morfoxénese ramificante.^[1][19] O traballo xerado polo grupo de Mostov fixo unha síntese exitosa de décadas de coñecemento sobre a segregación espacial de funcións celulares e os seus marcadores moleculares, nun modelo destacable para a xeración e a homeostase da polaridade celular en tecidos.^[20][21] En 2003 o grupo de Mostov informou do primeiro informe completo que ligaba a morfoxénese ramificante con marcas distintivas de polaridade apical-basal.^[22] Este traballo estableceu que as células MDCK non perden contacto coas veciñas durante o comezo da morfoxénese ramificante, pero que os marcadores canónicos da polaridade celular pérdense transitoriamente. Un resultado deste cambio de polaridade é a reorientación da división celular ao longo de novas ramas de células que crecen, para situar correctamente as células fillas e así continuar a extensión das ramas. A motilidade celular pola cal as células MDCK producen e alongan as ramas estaba ligada con estes cambios de polaridade.

Estes descubrimentos foron integrados nun modelo para a morfoxénese ramificada centrado no rearranxo transitorio da sinalización da polaridade celular. Isto permite que células normalmente inmóbiles xeren protrusións e migren colectivamente, seguido da rediferenciación e formación de túbulos ocos. En apoio deste modelo, Mostov e colegas identificaron os efectos do HGF sobre os acinos MDCK como a provocación dunha transición parcial desde o fenotipo de célula epitelial ao de mesenquimática.^[23] Isto dirixe un programa de sinalización establecido denominado a transición epitelial-mesenquimal, polo cal as células epiteliais sésiles fanse móbiles e rompen os contactos célula-célula.^[15] A transición epitelial-mesenuimal propúxose como un cadoiro de sinalización transcricional que impulsa a dispersión das células, aínda que inicialmente os investigadores non combinasen os dous.^[24][25] Dado que nos acinos en 3D as unións célula-célula non rompen, non está claro como relacionar de forma precisa o concepto de transición epitelial-mesenquimal coa morfoxénese ramificada.

O grupo de Mostov tamén investigou os medios polos cales o HGF activa a mobilidade celular durante a morfoxénese ramificante das MDCK.^[26][27] Os seus estudos mostraron que a morfoxénere ramificante require o factor de transcrición Erk, augas abaixo do cadoiro da proteína quinase activada por mitóxeno, unha vía de transdución de sinais ben definida implicada na mobilidade celular e a proliferación.^[28] A maquinaria de mobilidade celular responsable da morfoxénese ramificante das MDCK non foi especificado polo grupo de Mostov, á parte da necesidade dunha proteína de sinalización implicada en regular a pequena GTPase Rho.^[27] Ademais, o laboratorio de Gardel mostrou que a motilidade invasiva das células MDCK en acinos necesita Dia1, que regula as adhesións celulares a fibrilas de coláxeno individuais.^[29]

Mentres tanto, outros grupos demostraron a necesidade de proteínas de adhesión célula-matriz extracelular ou os seus reguladores na morfoxénese ramificante das MDCK.^[30][31] Usando un protocolo modificado para cultivos de células MDCK e a morfoxénese ramificante, Gierke e Wittman estableceron a necesidade dunha dinámica de microtúbulos para regular os pasos iniciais na ramificación.^[32] Estes investigadores obsevaron un acoplamento adhesivo da célula deficiente á matriz de coláxeno cando os microtúbulos eran desregulados. Este fenotipo indica a importancia do tráfico de adhesións celulares apropiadas e proteínas de protrusión cara á parte frontal da célula a medida que se inicia a morfoxénese ramificante. Este traballo, combinado con observacións do grupo de Mostov, confirmou que a polaridade celular é indispensable para a homeostase acinar das MDCK, así como os comportamentos migratorios durante a morfoxénese ramificante.

• Entrada de Cellosaurus para MDCK