Transforman un fibroblasto directamente en neurona motora

Fuente: http://neurologia.diariomedico.com/2017/09/07/area-cientifica/especialidades/neurologia/transforman-un-fibroblasto-directamente-en-neurona-motora

La conversión de una célula de piel a neurona, sin pasar por el estado de pluripotencialidad, plantea nuevas opciones para investigar enfermedades neurodegenerativas.

Motoneuronas derivadas de fibroblasto de una mujer sana de 42 años.

Un equipo de científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en Saint Louis ha diferenciado células de la piel de adultos sanos directamente en neuronas motoras, sin pasar por un estado de células madre. Esta técnica permite estudiar las neuronas motoras del sistema nervioso central humano en el laboratorio, lo que constituiría una novedosa fuente de investigación. El estudio se publica en Cell Stem Cell.

Al evitar pasar al estado de pluripotencialidad, como paso previo a la diferenciación en neuronas, se elude la posibilidad de que las células madre "olviden" la edad de las células originarias de la piel, por tanto, la del paciente. Mantener esa edad cronológica en las neuronas resultantes es vital para el estudio de las enfermedades neurodegenerativas, que se desarrollan en personas de diferentes edades y empeoran a lo largo de décadas.

"En este estudio, sólo utilizamos células de la piel de adultos sanos desde los 20 a los 60 años", dice el autor del trabajo Andrew S. Yoo, profesor de Biología del desarrollo, y que trabaja desde hace varios años en esta línea de investigación. "Nuestra investigación reveló cómo pequeñas moléculas de ARN pueden trabajar con los factores de transcripción para generar un tipo específico de neuronas, en este caso neuronas motoras. En el futuro, nos gustaría estudiar las células de la piel de pacientes con trastornos de las neuronas motoras".

Para convertir las células de la piel en neuronas motoras, los investigadores expusieron a las células de la piel a señales moleculares que suelen estar presentes en niveles elevados en el cerebro. En concreto, emplearon dos microARN (miR-9 y miR-124), conocidos por su papel en el reempaquetado de las instrucciones genéticas de la célula.

Los investigadores caracterizaron al detalle este proceso de reempaquetado. Así hallaron que la adición de dos señales más a estos microARN -los factores de transcripción ISL1 y LHX3- transformó las células de la piel en motoneuronas de la médula espinal.

Este cóctel con microARN y factores de transcripción despliega las instrucciones necesarias para que aparezcan las neuronas motoras; al compararlas con las neuronas motoras normales del ratón, parecen también normales en términos de activación y desactivación de genes, así como de funcionamiento. Pero los científicos no pueden estar seguros de que las células obtenidas coincidan con las neuronas motoras humanas naturales, ya que es difícil obtener muestras de adultos.

Técnica de generación de células madre neurales que podría permitir trasplantes de gran envergadura

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/12133/tecnica-de-generacion-de-celulas-madre-neurales-que-podria-permitir-trasplantes-de-gran-envergadura/es/

Las células madre neurales inducidas (iNSCs por sus siglas en inglés) creadas a partir de células adultas son prometedoras para el trasplante terapéutico, pero su potencial en esta capacidad se ha visto limitado por los intentos fallidos de mantenerlas en el estado multipotente deseado, sin la expresión continua de los factores de transcripción usados inicialmente para reprogramarlas.

Ahora, unos científicos del Instituto Whitehead de Investigación Biomédica, vinculado al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, han creado células madre neurales inducidas que permanecen en el estado multipotente sin una expresión continua de los factores de reprogramación. Esto permite que las células madre neurales inducidas se dividan repetidamente generando así células en cantidad suficiente para posibilitar una terapia basada en ellas.

Terapéuticamente, es importante cultivar células madre neurales porque pueden autorrenovarse y generar muchas células. Si solo se logra obtener neuronas maduras, algo que otras técnicas ya hacen, nunca se puede conseguir una cantidad lo bastante grande de células útiles, y el efecto de cualquier eventual terapia será ínfimo.

A fin de obtener células madre neurales inducidas mediante una conversión directa de linaje, los científicos usan virus que insertan un cóctel de factores de transcripción en el genoma de células adultas de piel (de ratón en los experimentos). Un fármaco pone en marcha a estos factores de transcripción para que activen genes en las células madre neurales. Esta conversión directa, conocida como transdiferenciación, se salta el paso de hacer pasar primero a las células por un estado parecido al de las células madre embrionarias.

La nueva técnica de generación de células madre neurales podría permitir trasplantes de gran envergadura. La ilustración es una recreación artística de nuevas células neurales. 

En investigaciones previas, las células madre neurales inducidas permanecían “adictas” al fármaco y a los factores de transcripción de reprogramación; si cualquiera de ellos era retirado, las células volvían a ser células de piel o se diferenciaban espontáneamente, sin que se las pudiera controlar del modo deseado.

Si los factores de reprogramación siguen aún activos, las células pueden ser incapaces de diferenciarse y las células resultantes difícilmente tendrán la utilidad terapéutica buscada.

El equipo integrado, entre otros, por Rudolf Jaenisch y John Cassady, ha conseguido preservar las propiedades de las células sin mantener activos los factores de reprogramación.

Aunque prometedor, todo el trabajo hasta la fecha ha sido llevado a cabo en células de ratón. Por tanto, primero habrá que probar esta nueva técnica en células humanas para ver si puede producir con éxito las poblaciones celulares necesarias para un uso terapéutico.

En cualquier caso, el paso que se ha dado con esta investigación es un avance importante en el campo, y puede inspirar otros desarrollos futuros.

Información adicional

Obtención de células mieloides a partir de fibroblastos humanos

Fuente: http://www.cmrb.eu/es_news/view.php?ID=14

Investigadores del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB) han liderado un estudio para simplificar el proceso de obtención de células de la sangre con potencial mieloide a partir de fibroblastos humanos.

El trabajo publicado en la revista “Stem Cells”, constituye un avance significativo en el campo de la medicina regenerativa, debido a un aumento en la eficacia y facilidad del protocolo empleado para obtener células progenitoras sanguíneas. El proceso denominado “transdiferenciación” permite la conversión de células de la piel a células sanguíneas que asemejan funcionalmente a las células mieloides humanas en 14 días. 

Los investigadores han usado como punto de partida el estudio de la regeneración del sistema hematopoyético inducida por irradiación en el modelo murino y el estudio de moléculas de RNA encargadas del control de la expresión celular en diferentes progenitores sanguíneos humanos.

Este enfoque les ha permitido descubrir que el uso combinado de un factor encargado de inducir la pluripotencia, Sox2, y una molécula de RNA altamente expresada en células madre hematopoyeticas, el micro RNA 125b, es suficiente para convertir fibroblastos humanos en células mieloides con capacidad de ser injertadas en ratones humanizados. 

Este trabajo, realizado en colaboración con investigadores del Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, EEUU y del CIEMAT en Madrid, constituye el punto de partida para la obtención in vitro de células derivadas del linaje mieloide, tales como plaquetas y eritrocitos, con una aplicación clínica directa evitando el uso de las células madre inducidas. 

El Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB) es un centro de investigación patrocinado por el Departament de Salut de la Generalitat de Catalunya y el Instituto de Salud Carlos III. Su misión fundamental es la de avanzar la aplicación clínica de la medicina regenerativa, llevando a cabo proyectos de investigación de excelencia en el ámbito de las células madre y la regeneración. 

Los investigadores que han participado en el estudio son: Julian Pulecio, Emmanuel Nivet, Ignacio Sancho-Martinez, Marianna Vitaloni , Guillermo Guenechea, Yun Xia, Leo Kurian, Ilir Dubova, Juan Bueren, Leopoldo Laricchia-Robbio y Juan Carlos Izpisua Belmonte.

Para más información: 

Revista: Stem Cells 

Título: Conversion of Human Fibroblasts into Monocyte-Like Progenitor Cells 

Autores y autoras: Julian Pulecio, Emmanuel Nivet, Ignacio Sancho-Martinez, Marianna Vitaloni, Guillermo Guenechea, Yun Xia, Leo Kurian, Ilir Dubova, Juan Bueren, Leopoldo Laricchia-Robbio y Juan Carlos Izpisua Belmonte. 

Contacto: 

Departamento de Comunicación CMRB 

comunicacio@cmrb.eu 

Tel: 93 316 03 11

Team applies new theory to learn how and why cells differentiate

Fuente: http://phys.org/news/2014-06-team-theory-cells-differentiate.html

An overview of the stem cell gene network gives a sense of the complex process involved in cell differentiation, as transcription factors and protein complexes influence and loop back upon each other. Rice University researchers found that stem cell differentiation can be defined as a many-body problem as they developed a theoretical system to analyze large gene networks. 

The DNA in a pluripotent stem cell is bombarded with waves of proteins whose ebb and flow nudge the cell toward becoming blood, bone, skin or organs. A new theory by scientists at Rice University shows the cell's journey is neither a simple step-by-step process nor all random.

Theoretical biologist Peter Wolynes and postdoctoral fellow Bin Zhang set out to create a mathematical tool to analyze large, realistic gene networks. As a bonus, their open-access study to be published by the Proceedings of the National Academy of Sciences helped them understand that the process by which stem cells differentiate is a many-body problem.

"Many-body" refers to physical systems that involve interactions between large numbers of particles. Scientists assume these many bodies conspire to have a function in every system, but the "problem" is figuring out just what that function is. In the new work, these bodies consist not only of the thousands of proteins expressed by embryonic stem cells but also DNA binding sites that lead to feedback loops and other "attractors" that prompt the cell to move from one steady state to the next until it reaches a final configuration.

To test their tool, the researchers looked at the roles of eight key proteins and how they rise and fall in number, bind and unbind to DNA and degrade during stem cell differentiation. Though the interactions may not always follow a precise path, their general pattern inevitably leads to the desired result for the same reason a strand of amino acids will inevitably fold into the proper protein: because the landscape dictates that it be so.

Wolynes called the new work a "stylized," simplified model meant to give a general but accurate overview of how cell networks function. It's based on a theory he formed in 2003 with Masaki Sasai of Nagoya University but now takes into account the fact that not one but many genes can be responsible for even a single decision in a cellular process.

"This is what Bin figured out, that one could generalize our 2003 model to be much more realistic about how several different proteins bind to DNA in order to turn it on or off," Wolynes said.

A rigorous theoretical approach to determine the transition pathways and rates between steady states was also important, Zhang said. "This is crucial for understanding the mechanism of how stem cell differentiation occurs," he said.

Wolynes said that because the stem cell is stochastic—that is, its fate is not pre-determined—"we had to ask why a gene doesn't constantly flip randomly from one state to another state. This paper for the first time describes how we can, for a pretty complicated circuit, figure out there are only certain periods during which the flipping can occur, following a well-defined transition pathway."

In previous models of gene networks, "Instead of focusing on proteins actually binding to DNA, they just say, 'Well, there's a certain high level of this protein or low level of that protein,'" Wolynes said. "At first, that sounds easier to study because you can measure how much protein you've got. But you don't always know if it is bound. It has become increasingly clear that the rate of protein binding to DNA plays an important role in gene expression, particularly in eukaryotic systems."

The notion that many-body effects even existed in cells began in 1942 when British scientist C.H. Waddington established the idea of an epigenetic landscape for stem cells as a way to describe why pluripotent cells in embryos are destined to turn into bone, muscle and all the other parts of the body – but don't turn back. Waddington compared the cells' paths to marbles rolling to the bottom of a valley.

That concept rang true to Wolynes. His energy landscape theory has become key to understanding protein folding, although that theory sees the landscape as a funnel rather than a valley. "Waddington said that as a cell develops into an embryo and beyond, it becomes many different kinds of cells," Wolynes said. "Those cells might branch off and differentiate further, but they don't typically go back to the original state and start over.

"His analogy – the idea of falling down through a valley – kicked around for a long time, but it was hard to make it mathematically precise. In his time, they didn't know about DNA," Wolynes said.

In both energy and epigenetic landscapes, Wolynes said, the steady state at the bottom is an attractor. "It means wherever you start from, you end up attracted to that same place," he said. "In genetic networks, things like steadily oscillating patterns can also be considered attractors."

Once biologists began to understand genetic switches in DNA, the whole picture became more complicated, he said. "The landscape now has to incorporate the active parts of DNA that are trying to decide whether to turn this gene on or that gene off. In the '50s, we learned how genes made decisions on the basis of their production of proteins. These proteins then act back on the same genes in a kind of feedback loop."

The loops allow genes to remain active for far longer than it would take a protein simply to bind or unbind to a section of DNA. In the researchers' equations, the loops become attractors that help regulate transformation of the cell and can be mapped onto the many-body landscape.

Analyzing the coupled dynamics of all these chemical reactions in a cell could be done by brute force, he said, but the computational cost would be enormous. So the Rice team decided to take a big-picture approach based on Wolynes' earlier work. It so happened that the resulting theoretical models of embryonic stem cells matched nicely with what experimentalists had seen in their studies.

For example, the models explained the fluctuations experimentalists had observed in the expression of a master regulator, a protein called nanog, and its important role in maintaining a cell's pluripotency. Stem cells move from one steady state to the next on their journeys; in their calculations, they found a much higher level of nanog gene expression in what they called SC1, the basic stem cell, than in SC2, a stem cell that had moved to the second steady state. This matched what experiments had measured, the researchers said.

"This is still just a beginning," Wolynes said. "We're looking at embryonic stem cells now, but someday we want to treat the complete developmental program of organisms with hundreds of genes. We can see how these mathematics can scale up to that regime."

More information: tem cell differentiation as a many-body problem, PNAS, 2014. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1408561111

Journal reference: Proceedings of the National Academy of Sciences

Descubren un interruptor que cambia la identidad de las células

Fuente: http://www.tendencias21.net/Descubren-un-interruptor-que-cambia-la-identidad-de-las-celulas_a17384.html

Científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) de California han encontrado la manera de convertir células madre de la médula ósea en células cerebrales de forma directa, usando un anticuerpo a modo de “interruptor”. El avance, que se hizo casi por casualidad, podría permitir transformar células de la médula en células de otro tipo sin tener que aplicar las complicadas técnicas actuales. Además, podría tener importantes aplicaciones terapéuticas en el futuro.

Los científicos del TSRI han encontrado una forma sencilla de convertir células madre de médula ósea directamente en células del cerebro, tales como los que se muestran en esta imagen. Imagen cortesía del laboratorio de Lerner, en The Scripps Research Institute.

Las células madre del organismo son aquellas que tienen la capacidad de dividirse y de diferenciarse en diversos tipos de células especializadas; y son susceptibles de ser usadas como tratamiento en medicina regenerativa, inmunoterapia o terapia génica. 

De ahí la importancia del avance en tecnologías en esta dirección, aunque esta disciplina aún esté desarrollándose y no se sepa bien hasta qué punto puede ser positiva o no para la salud humana. 

Uno de los últimos adelantos en este campo se ha producido casi por casualidad: un equipo de científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) de California ha encontrado la manera de convertir células madre de la médula ósea en células cerebrales de forma directa, usando un anticuerpo. Su avance ha aparecido detallado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Normalmente, para transformar células de la médula en células de otro tipo se aplican técnicas complicadas, peligrosas y limitadas al laboratorio. Los resultados obtenidos en el TSRI podrían cambiar esta situación, ya que han puesto de manifiesto “el potencial de los anticuerpos como manipuladores de las funciones celulares", explica Richard A. Lerner, profesor del Departamento de biología celular y molecular del TSRI y autor principal de este estudio. 

Según publica el TSRI, los investigadores descubrieron su método mientras cultivaban en laboratorio anticuerpos capaces de activar un receptor celular que a su vez estimula la proliferación de las células de la médula. 

En este proceso hallaron, de manera fortuita, un anticuerpo que activa un receptor capaz de hacer que células madre de la médula se conviertan en células progenitoras neurales, que son un tipo de célula cerebral casi madura. 

Lo esperable en este caso habría sido que las células madre de la médula se transformasen en leucocitos (glóbulos blancos de la sangre), de ahí la sorpresa de los científicos.

En general, los anticuerpos son proteínas grandes con forma de Y, producidas por las células inmunes. Su diversidad es tal que son capaces de reconocer unos 100 mil millones de tipos de virus, bacterias y otros agentes patógenos. 

Desde la década de 1980, los biólogos moleculares han sabido producir anticuerpos en cultivos celulares de laboratorio. Eso les ha permitido usarlos para desarrollar pruebas científicas; así como diagnósticos y terapias contra el cáncer, la artritis, el rechazo a órganos trasplantados, las infecciones virales y otras enfermedades.

A finales de 1980, Lerner y sus colaboradores del TSRI ayudaron a diseñar las primeras técnicas para generar grandes "bibliotecas" de anticuerpos, a partir de las cuales determinar con rapidez cuáles de ellos podían usarse para objetivos específicos. Gracias a estas técnicas, por ejemplo, se descubrió el anticuerpo anti-inflamatorio Humira ®, que actualmente es uno de los medicamentos más vendidos del mundo. 

El año pasado, además, en un estudio liderado por el investigador del TSRI Hongkai Zhang, el laboratorio de Lerner ideó una novedosa técnica de descubrimiento de anticuerpos, que permite determinar rápidamente qué anticuerpos se unen a receptores específicos y los activan, alterando la función celular. 

En esta última investigación, el especialista del laboratorio de Lerner Jia Xie y sus colaboradores modificaron esta técnica de tal manera que, ahora, se pueden encontrar anticuerpos concretos en un archivo de miles de millones de ellos, en solo unos días. 

En una primera prueba sobre esta mejora, Xie trató de detectar anticuerpos que pudiesen activar un receptor celular conocido como factor estimulante de colonias de granulocitos o G-CSF por sus siglas en inglés, que es un factor de crecimiento que se encuentra en células de la médula ósea y otros tipos de células. 

Medicamentos que imitan al G-CSF son usados actualmente, por ejemplo, para estimular el crecimiento de los glóbulos blancos y contrarrestar así la pérdida de leucocitos que provoca la quimioterapia. 

El equipo aisló pronto un tipo de anticuerpo capaz de activar al receptor G-CSF y, por tanto, de estimular la proliferación de células en laboratorio. A continuación, probaron una versión de este anticuerpo en cultivos de células madre de la médula ósea de voluntarios humanos. 

El resultado fue sorprendente. Aunque se esperaba que el anticuerpo para el receptor G-CSF estimulase a las células madre para que estas proliferasen y madurasen como leucocitos, esta no fue la reacción. 

Lo que ocurrió fue que: "Las células proliferaron, pero también comenzaron a hacerse largas y delgadas, y a quedarse pegadas en la parte inferior de la placa Petri”, explica Xie. Lerner pensó entonces que estas células recordaban a las células progenitoras neurales, y en pruebas posteriores se confirmó que, de hecho, lo eran.

Molécula de anticuerpo o inmunoglobulina, con su típica forma de Y. Fuente: Wikimedia Commons.

Poder transformar células de médula ósea en células neurales -un cambio de identidad que es conocido como "transdiferenciación" - solo “pulsando” un receptor con un anticuerpo es un logro notable. 

En la actualidad, los científicos tienen métodos para activar la transformación de células madre de la médula en otros tipos de células adultas, pero estos requieren de una desprogramación radical de las células de la médula iniciales -hasta llevarlas a un estado similar al de las células madre embrionarias- y de la aplicación posterior de una serie de impulsos moleculares para que acaben desarrollándose en células adultas. 

"Por lo que yo sé, nadie ha logrado jamás la transdiferenciación utilizando una única proteína, que potencialmente podría ser utilizada como agente terapéutico", afirma Lerner. 

Los métodos de terapia celular actuales consisten en tomar células de un paciente y reprogramarlas y hacerlas proliferar en laboratorio, antes de reintroducirlas en dicho paciente. 

En principio, según Lerner, el anticuerpo descubierto podría ser inyectado directamente en el torrente sanguíneo de los enfermos. Desde ahí, el anticuerpo encontraría su camino hacia la médula ósea, en la que convertiría células madre de la médula en células progenitoras neurales. A su vez, estas "progenitoras neurales podrían infiltrarse en el cerebro, encontrar áreas dañadas, y ayudar a repararlas", asegura el investigador. 

Aunque los científicos aún no saben con certeza por qué el nuevo anticuerpo tiene un efecto tan extraño sobre el receptor G-CSF, investigadores especializados en el desarrollo de medicamentos reconocen cada vez más que diferencias sutiles en la forma en que un receptor de la superficie celular se vincula y se activa puede dar lugar a efectos biológicos muy distintos. 

Este hecho, que añade complejidad a todos estos procesos, también ampliaría el alcance de lo que se puede lograr gracias a ellos. "Si se puede usar el mismo receptor de diferentes maneras, entonces el potencial del genoma es mayor", concluye Lerner.

Hallan una vía para transformar células madre de médula ósea en células del cerebro

Fuente: http://www.europapress.es/salud/noticia-encuentran-anticuerpo-transforma-celulas-madre-medula-osea-directamente-celulas-cerebro-20130423090910.html

En un descubrimiento fortuito, científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI), en La Jolla, California (Estados Unidos) han encontrado una manera de convertir las células madre de médula ósea directamente en células cerebrales, según los resultados de su investigación, publicados en 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.

"Estos resultados ponen de manifiesto el potencial de los anticuerpos como manipuladores versátiles de las funciones celulares", destacó Richard A. Lerner, profesor de Inmunoquímica en la Fundación Lita Annenberg Hazen, en Nueva York (Estados Unidos), profesor en el Instituto del Departamento de Biología Celular y Molecular en TSRI, e investigador principal del nuevo estudio. "Esto está muy lejos de los anticuerpos en el modo en que solían ser considerados, como moléculas que se seleccionaron sólo para la función vinculante", añade.

Los investigadores descubrieron el método en la búsqueda de anticuerpos cultivados en laboratorio que puedan activar un receptor que estimule el crecimiento de células de la médula. Un anticuerpo activa el receptor de una manera que induce a las células madre de la médula, que normalmente se desarrollan en las células blancas de la sangre, a convertirse en células progenitoras neurales, un tipo de célula cerebral casi madura.

Los anticuerpos naturales son proteínas grandes, en forma de Y, producidas por las células inmunes, y, colectivamente, son lo suficientemente diversas como para reconocer sobre 100.000 millones de formas distintas de virus, bacterias y otros objetivos. Desde la década de 1980, los biólogos moleculares han sabido producir anticuerpos en cultivos celulares en el laboratorio, lo que les ha permitido empezar a usar este vasto conjunto de herramientas para hacer sondas científicas, así como diagnósticos y terapias contra el cáncer, la artritis, el rechazo de trasplantes, infecciones virales y otras enfermedades.

A finales de 1980, Lerner y sus colegas del TSRI ayudaron a inventar las primeras técnicas para generar grandes "bibliotecas" de anticuerpos distintos y con rapidez determinar cuál de ellos podría unirse a un objetivo deseado. Así, el anticuerpo anti-inflamatorio 'Humira', ahora uno de los medicamentos más vendidos en el mundo, fue descubierto con esta tecnología.

El año pasado, en un estudio liderado por el investigador asociado del TSRI Hongkai Zhang, el laboratorio de Lerner ideó una nueva técnica para el descubrimiento de anticuerpos que se producen en células de mamíferos, junto con los receptores u otras moléculas diana de interés. La técnica permite a los investigadores determinar rápidamente no sólo que los anticuerpos se unen en una colección a un receptor dado, por ejemplo, sino también cuáles activan el receptor y por lo tanto alteran la función celular.

Para el nuevo estudio, los científicos modificaron la nueva técnica para que las proteínas de los anticuerpos producidos en una célula dada se anclen físicamente a la membrana externa de la célula, cerca de sus receptores diana. "Limitando la actividad de un anticuerpo a la célula en la que se produce nos permite utilizar colecciones de anticuerpos para la pantalla más grande y estos anticuerpos más rápidamente para una actividad específica", dijo Xie.

En una primera prueba, Xie utilizó el nuevo método para la detección de anticuerpos que podrían activar G-CSF, un receptor de factor de crecimiento que se encuentra en células de médula ósea y otros tipos celulares. Medicamentos que imitan GCSF estaban entre los más vendidos de los primeros biotecnológicos debido a su capacidad para estimular el crecimiento de células blancas de la sangre, que contrarresta el efecto supresor de la médula secundaria de la quimioterapia contra el cáncer.

El equipo aisló pronto un tipo de anticuerpo o "clon" que podría activar el receptor de G-CSF y estimular el crecimiento de células de ensayo y probó una versión soluble sin anclar de este anticuerpo en los cultivos de células madre de la médula ósea de voluntarios humanos. La proteína G-CSF estimuló estas células madre para proliferar e iniciar la maduración hacia células blancas de la sangre de adultos, mientras el anticuerpo que imita GCSF tuvo un efecto marcadamente diferente.

"Las células proliferaron, pero también comenzaron a ser alargadas y delgadas y se unieron a la parte inferior" recuerda Xie, a lo que Lerner añade que las células eran una reminiscencia de células progenitoras neurales, lo que confirmaron las pruebas de marcadores de células neuronales. Cambiar las células de linaje óseo en células de linaje neuronal, un cambio de identidad directa denominado "transdiferenciación", con sólo pulsar un receptor es un logro notable.

"Hasta donde yo sé, nadie ha logrado jamás una transdiferenciación utilizando una sola proteína, una proteína que potencialmente podría ser utilizada como agente terapéutico", subrayó Lerner. Los métodos de terapia celular actuales suelen asumir que las células de un paciente se recogerán, reprogramarán y se multiplicarán en una placa de laboratorio antes de ser reintroducidas en el paciente.

En principio, según Lerner, un anticuerpo como el que estos expertos han descubierto podría ser inyectado directamente en el torrente sanguíneo de un paciente enfermo y desde ahí, debería encontrar su camino hacia la médula ósea, y, por ejemplo, convertir algunas células madre de la médula en células progenitoras neurales. "Los progenitores neurales podrían infiltrarse en el cerebro, encontrar áreas dañadas y ayudar a repararlas", destacó.

Antibody transforms stem cells directly into brain cells

Fuente: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/04/130422154756.htm

In a serendipitous discovery, scientists at The Scripps Research Institute (TSRI) have found a way to turn bone marrow stem cells directly into brain cells.

Current techniques for turning patients' marrow cells into cells of some other desired type are relatively cumbersome, risky and effectively confined to the lab dish. The new finding points to the possibility of simpler and safer techniques. Cell therapies derived from patients' own cells are widely expected to be useful in treating spinal cord injuries, strokes and other conditions throughout the body, with little or no risk of immune rejection.

"These results highlight the potential of antibodies as versatile manipulators of cellular functions," said Richard A. Lerner, the Lita Annenberg Hazen Professor of Immunochemistry and institute professor in the Department of Cell and Molecular Biology at TSRI, and principal investigator for the new study. "This is a far cry from the way antibodies used to be thought of -- as molecules that were selected simply for binding and not function."

The researchers discovered the method, reported in the online Early Edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences, while looking for lab-grown antibodies that can activate a growth-stimulating receptor on marrow cells. One antibody turned out to activate the receptor in a way that induces marrow stem cells -- which normally develop into white blood cells -- to become neural progenitor cells, a type of almost-mature brain cell.

Natural antibodies are large, Y-shaped proteins produced by immune cells. Collectively, they are diverse enough to recognize about 100 billion distinct shapes on viruses, bacteria and other targets. Since the 1980s, molecular biologists have known how to produce antibodies in cell cultures in the laboratory. That has allowed them to start using this vast, target-gripping toolkit to make scientific probes, as well as diagnostics and therapies for cancer, arthritis, transplant rejection, viral infections and other diseases.

In the late 1980s, Lerner and his TSRI colleagues helped invent the first techniques for generating large "libraries" of distinct antibodies and swiftly determining which of these could bind to a desired target. The anti-inflammatory antibody Humira®, now one of the world's top-selling drugs, was discovered with the benefit of this technology.

Last year, in a study spearheaded by TSRI Research Associate Hongkai Zhang, Lerner's laboratory devised a new antibody-discovery technique -- in which antibodies are produced in mammalian cells along with receptors or other target molecules of interest. The technique enables researchers to determine rapidly not just which antibodies in a library bind to a given receptor, for example, but also which ones activate the receptor and thereby alter cell function.

For the new study, Lerner laboratory Research Associate Jia Xie and colleagues modified the new technique so that antibody proteins produced in a given cell are physically anchored to the cell's outer membrane, near its target receptors. "Confining an antibody's activity to the cell in which it is produced effectively allows us to use larger antibody libraries and to screen these antibodies more quickly for a specific activity," said Xie. With the improved technique, scientists can sift through a library of tens of millions of antibodies in a few days.

In an early test, Xie used the new method to screen for antibodies that could activate the GCSF receptor, a growth-factor receptor found on bone marrow cells and other cell types. GCSF-mimicking drugs were among the first biotech bestsellers because of their ability to stimulate white blood cell growth -- which counteracts the marrow-suppressing side effect of cancer chemotherapy.

The team soon isolated one antibody type or "clone" that could activate the GCSF receptor and stimulate growth in test cells. The researchers then tested an unanchored, soluble version of this antibody on cultures of bone marrow stem cells from human volunteers. Whereas the GCSF protein, as expected, stimulated such stem cells to proliferate and start maturing towards adult white blood cells, the GCSF-mimicking antibody had a markedly different effect.

"The cells proliferated, but also started becoming long and thin and attaching to the bottom of the dish," remembered Xie.

To Lerner, the cells were reminiscent of neural progenitor cells -- which further tests for neural cell markers confirmed they were.

Changing cells of marrow lineage into cells of neural lineage -- a direct identity switch termed "transdifferentiation" -- just by activating a single receptor is a noteworthy achievement. Scientists do have methods for turning marrow stem cells into other adult cell types, but these methods typically require a radical and risky deprogramming of marrow cells to an embryonic-like stem-cell state, followed by a complex series of molecular nudges toward a given adult cell fate. Relatively few laboratories have reported direct transdifferentiation techniques.

"As far as I know, no one has ever achieved transdifferentiation by using a single protein -- a protein that potentially could be used as a therapeutic," said Lerner.

Current cell-therapy methods typically assume that a patient's cells will be harvested, then reprogrammed and multiplied in a lab dish before being re-introduced into the patient. In principle, according to Lerner, an antibody such as the one they have discovered could be injected directly into the bloodstream of a sick patient. From the bloodstream it would find its way to the marrow, and, for example, convert some marrow stem cells into neural progenitor cells. "Those neural progenitors would infiltrate the brain, find areas of damage and help repair them," he said.

While the researchers still aren't sure why the new antibody has such an odd effect on the GCSF receptor, they suspect it binds the receptor for longer than the natural GCSF protein can achieve, and this lengthier interaction alters the receptor's signaling pattern. Drug-development researchers are increasingly recognizing that subtle differences in the way a cell-surface receptor is bound and activated can result in very different biological effects. That adds complexity to their task, but in principle expands the scope of what they can achieve. "If you can use the same receptor in different ways, then the potential of the genome is bigger," said Lerner.

In addition to Lerner and Xie, contributors to the study, "Autocrine Signaling Based Selection of Combinatorial Antibodies That Transdifferentiate Human Stem Cells," were Hongkai Zhang of the Lerner Laboratory, and Kyungmoo Yea of The Scripps Korea Antibody Institute, Chuncheon-si, Korea.

Funding for the study was provided by The Scripps Korea Antibody Institute and Hongye Innovative Antibody Technologies (HIAT).