Dado que el proceso utilizado para generar células madre pluripotentes inducidas (iPSC) es lento e ineficiente, investigadores del Instituto Sanford-Burnham (Estados Unidos) han probado varios inhibidores de quinasas que ayudan a generar muchas más iPSC que el método estándar. Este estudio, publicado en 'Nature', acelerará la investigación sobre las enfermedades humanas y el desarrollo de nuevos tratamientos.
"La generación de iPSC depende de la regulación de las redes de comunicación dentro de las células", señala Tariq Rana, director del programa en el Centro de Investigación de Salud Infantil en Sanford-Burnham, y autor principal del estudio. Rana explica que "cuando se inicia la manipulación de los genes que se activan o desactivan en las células para crear células madre pluripotentes, se activan también un gran número de quinasas. Dado que muchas de estas quinasas inhiben la conversión a iPSC, tenía sentido pensar que la adición de inhibidores podría reducir esta barrera".
Según Tony Hunter, profesor en el Laboratorio de Biología Molecular y Celular en el Instituto Salk de Estudios Biológicos, "la identificación de pequeñas moléculas que mejoren la eficiencia de la generación de iPSC es un importante paso adelante para utilizar estas células terapéuticamente. Ahora, Rana ha descubierto una clase de inhibidores de la proteína quinasa que anulan las barreras normales para la formación de iPSC eficientes".
Por ahora, la única opción de tratamiento disponible para muchos pacientes con insuficiencia cardiaca es un trasplante de corazón, por lo que muchos investigadores están buscando una alternativa mejor que implica la introducción de células madre en el músculo del corazón. Por otro lado, los investigadores también están interesados en utilizar células madre en pacientes con la enfermedad de Alzheimer, con el fin de reproducir el mal funcionamiento de las células cerebrales en el laboratorio, que podrían utilizarse para probar fármacos terapéuticos.
Las iPSC pueden ser utilizadas para generar casi cualquier tipo de célula del corazón, el cerebro o los músculos, entre otros, con el fin de probar nuevas terapias o sustituir tejido enfermo o dañado. Sin embargo, el proceso lleva mucho tiempo y no es muy eficiente; por ejemplo, se puede empezar con miles de células de la piel y terminar con sólo unas pocas iPSC.
Zhonghan Li, estudiante en el laboratorio de Rana, se encargó de buscar inhibidores de la quinasa que pudieran acelerar el proceso de generación de iPSC. Los científicos del Centro de Genómica Química Conrad Prebys, en Sanford-Burnham, proporcionaron a Li una colección de más de 240 compuestos químicos inhibidores de quinasas. Li los añadió entonces uno por uno a sus células y observó que varios inhibidores de quinasa produjeron muchas más iPSC que las células no tratadas. Los inhibidores más potentes se dirigieron a tres quinasas en particular: AurkA, P38, y IP3K.
"Hemos descubierto que la manipulación de la actividad de estas quinasas puede aumentar considerablemente la eficiencia de la reprogramación celular", apunta Rana, quien añade que "también hemos proporcionado nuevos conocimientos sobre los mecanismos moleculares de la reprogramación, y revelado nuevas funciones para estas quinasas".
ENGLISH VERSION:
A new system published in 'Nature' simplifies the generation of stem cells
Since the process used to generate induced pluripotent stem cells (iPSC) is slow and inefficient, researchers at the Sanford-Burnham Institute (USA) tested several kinase inhibitors that help to generate many more iPSC than the standard method. This study, published in 'Nature', will accelerate research on human disease and develope new treatments.
"iPSC generation depends on the regulation of the communications networks inside cells," said Tariq Rana, program director at the Center for Child Health Research at Sanford-Burnham and senior author of the study. Rana explains that "when you start to manipulate the genes that are activated or deactivated in cells to create pluripotent stem cells, also activates a number of kinases. Given that many of these kinases inhibit iPSC conversion, it made sense to think that the addition of inhibitors might reduce this barrier".
According to Tony Hunter, a professor in the Laboratory of Molecular and Cellular Biology at the Salk Institute for Biological Studies, "the identification of small molecules that enhance the efficiency of iPSC generation is an important step forward to use these cells therapeutically. Now, Rana discovered a class of protein kinase inhibitors that override the normal barriers to efficient formation of iPSC".
For now, the only available treatment option for many patients with heart failure is a heart transplant, so many researchers are looking for a better alternative that involves the introduction of stem cells into the heart muscle. In addition, researchers are also interested in using stem cells in patients with Alzheimer's disease, in order to reproduce the malfunction of the brain cells in the laboratory that could be used for testing therapeutic agents.
The iPSC can be used to generate almost any cell type in the heart, brain or muscles, among others, in order to test new therapies or replace diseased or damaged tissue. However, the process is time consuming and not very efficient, for example, one can start with thousands of skin cells and only a few end in iPSC.
Zhonghan Li, a student in the laboratory of Rana, was responsible for search kinase inhibitors that could accelerate the process of iPSC generation. Scientists of Chemical Genomics Center Conrad Prebys, in Sanford-Burnham, provided to Li a collection of over 240 chemical compounds of kinase inhibitors. Li then added one by one to their cells and observed that several kinase inhibitors produced many more iPSC than untreated cells. The most potent inhibitors are addressed in three particular kinases: AurkA, P38, and IP3K.
"We found that manipulating the activity of these kinases can greatly increase the efficiency of cell reprogramming," said Rana, who adds that "we have also provided new insights into the molecular mechanisms of reprogramming, and revealed new functions for these kinases".
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