Investigaciones sobre la lesión medular y las células madre pluripotentes inducidas

Artículo publicado por Sam Maddox, Gerente de Conocimiento de la Fundación Reeve, aparecido en el siguiente enlace: http://www.spinalcordinjury-paralysis.org/Investigaciones/2012/10/25/en-las-noticias-clulas-madre-creadas-por-humanos

Hace seis años, un científico japonés descubrió una forma de convertir una célula de la piel en un tipo de célula madre. De manera sorprendente, se descubrió que estas células modificadas, llamadas células madre pluripotentes inducidas (iPSC, por sus siglas en inglés), se asemejan mucho a las células madre embrionarias, las cuales pueden convertirse en cualquier célula del cuerpo. Los descubrimientos se compartieron en la publicación Cell.

Luego vino un aluvión en el área de iPSC. Las células no son idénticas a las de embrión y sigue habiendo cuestiones que corregir (por ejemplo, un crecimiento tumoral), pero se están usando con bastante éxito en experimentos animales, incluso con lesiones medulares (ver más adelante). Las iPSC son también importantes para modelar diversas enfermedades y trastornos en el laboratorio (también a continuación).

Shinya Yamanaka recibió el Premio Nobel de Medicina este 7 de octubre por su descubrimiento con las iPSC. Generalmente, el comité espera unos años tras un descubrimiento para asegurarse de que funcione a largo plazo. Que se le haya entregado tan pronto da la pauta del nivel de importancia. Yamanaka, profesor en la Universidad de Kyoto y en el afiliado Instituto Gladstone en San Francisco, cree que falta poco para el uso clínico en humanos.

También se otorgó un segundo premio Nobel, este al científico británico John Gurdon por un trabajo realizado hace 50 años (el año en que nació Yamanaka). Con el ensayo “Ranas adultas derivadas de los núcleos de células somáticas singulares”, Gurdon fue el pionero de lo que luego se conoció como reprogramación de transferencia nuclear (clonación). Remplazó el núcleo de la célula de un huevo de rana con el núcleo de una célula madura del intestino de un renacuajo. El huevo se desarrolló en un renacuajo totalmente funcional y luego dio ranas adultas. Este es el mismo proceso de transferencia que se utilizó en Escocia en 1996 para clonar a la oveja Dolly.

Mientras que las iPSC a primera vista parecen lejanas al área de clonación, los descubrimientos, sin lugar a duda, forman parte de una misma biología de células. Sin ir más lejos, Yamanaka se refiere al trabajo de transferencia de núcleos de Gurdon como esencial para sus estudios con las iPSC. Juntos, los científicos han cambiado el punto de vista de la ciencia con células que antes se pensaban destinadas a una sola función específica. Gracias a ellos, ahora sabemos que el proceso de convertirse en una célula especializada se puede reprogramar y reiniciar.

Profundizaremos un poco más sobre los premio Nobel y dejaremos que Yamanaka resuma las actualidades biológicas, pero recientemente también hubo otra historia importante sobe las iPSC:

Otro equipo de Japón, y también de la Universidad de Kyoto, logró que células madre de ratones –incluidas las células iPSC— crearan huevos. Estos huevos luego se hicieron totalmente fértiles y resultaron en pequeños ratoncitos. El ensayo de Mitinori Saitou en la publicación Science, “Cría de ovocitos derivados de célula germinal primordial in vitro--similares a células en ratones”, relata cómo su equipo comenzó con células madre embrionarias de ratón, para luego agregar un cóctel de moléculas indicadoras para transformar a las células madre primero en precursores de huevo (células epiblastas) y luego en células germinales primordiales (PGCs).

El año pasado, el grupo de Saitou demostró que las PGC masculinas pueden inyectarse directamente en ratones machos infértiles para lograr esperma viable. El proceso con hembras fue más complicado. Del informe “Células madre de ratones ponen huevos”, en Nature:

Los investigadores aislaron tejido ovárico embrionario que no contuviera células sexuales y luego agregaron a la placa las PGC creadas en el laboratorio. La mezcla espontáneamente formó estructuras tipo ovario, que trasplantaron a ratonas. Tras cuatro semanas, las PGC derivadas de células madre maduraron y generaron ovocitos. El equipo las fecundó y trasplantó los embriones a las madres adoptivas. Las crías que nacieron demostraron ser fértiles también.

¿Qué implicaciones tiene esto? Los biólogos del desarrollo están entusiasmados al saber más sobre las complejidades del cuerpo mientras se forma, y cómo se puede reformar. Los comunicados de prensa informaron que este trabajo con ratones puede tener implicaciones para humanos con problemas de fertilidad. Pero los especialistas en ética tendrán una feroz posibilidad para la preocupación: la creación de seres sin padres y la procreación sin sexo.

Volviendo al premio Nobel. Así es como ve Yamanaka la evolución del trabajo que dio lugar a sus descubrimientos. En tres vínculos:

Primero fue Gurdon, en 1962. Su labor nos permite luego tener el trabajo de Ian Wilmut y Dolly. Dice Yamanaka en una publicación previa de este año, “Células madres totipotentes inducidas: pasado, presente y futuro”:

Estos logros en clonación somática demostraron que aún las células diferenciadas contienen toda la información genética necesaria para el desarrollo de organismos completos, y que los ovocitos contienen factores que pueden reprogramar los núcleos de células somáticas.

El segundo paso fue el descubrimiento de William Gehring y su grupo en Suiza de factores de transcripción “maestros”. En 1987, uno de estos factores, Antennapedia, se aplicó al rediseño del plan corporal de Drosophila, una mosca de la cereza: aparecieron patas donde debía haber antenas. Ese mismo año, Andrew Lasser, en ese entonces en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington, demostró que un factor de transcripción de los mamíferos, MyoD, podía convertir fibroblastos en miocitos. 

Estos resultados afirman el concepto de ‘regulador maestro’, un factor de trascripción que determina e induce el destino de un cierto linaje. Muchos científicos comenzaron a buscar reguladores maestros particulares para varios linajes. Los intentos fracasaron, con algunas excepciones.

El tercero tiene como protagonista a las células madre embrionarias, comenzando en 1981 con células de ratón y llegando a 1998, con el descubrimiento de células madre embrionarias humanas.

Combinar los primeros dos pasos de investigaciones nos deja hacer una hipótesis, que se trata de una combinación de múltiples factores en ovocitos o células madre embrionarias que reprograman las células somáticas para que vuelvan al estado embrionario, y así diseñar experimentos para identificar esa combinación. Usando la información sobre las condiciones de cultivo necesarias para las células totipotentes, pudimos luego identificar cuatro factores que pueden generar iPSC.

Y se siguen dando avances, dice Yamanaka, quien resalta que se han publicado más de 100 informes en los últimos tres años utilizando iPSC específicas para ciertos trastornos. A continuación citamos dos para la lesión de la médula espinal, ambas provenientes del Japón:

“Injertos de neuroesferas derivadas de células madre totipotentes inducidas de humanos fomentan la recuperación funcional motora tras una lesión medular en ratones”  y “Potencial terapéutico de células madre totipotentes adecuadamente examinadas para la lesión medular”.

Aunque no figura como coautor, Fred Gage, del Instituto Salk, editó las publicaciones de lesiones medulares citadas. Tiene su propia labor con iPSC, también. Gage, ex presidente de junta del Consorcio Internacional para Investigaciones de Lesiones Medulares de la Fundación Reeve, informó el año pasado de que trastornos neurológicos complejos como la esquizofrenia pueden modelarse usando iPSC: “Modelando la esquizofrenia usando células madre totipotentes inducidas de humanos”.

Recientemente entrevisté a Gage y me contó que la biología con iPSC se está convirtiendo en una herramienta importante. Usando las iPSC nos volcamos directamente en un trastorno neurológico, un tipo de autismo llamado Síndrome de Rett, para el cual teníamos buenos modelos animales y sabíamos qué gen faltaba. Logramos recapitular el fenotipo de los pacientes, y pudimos desarrollar estrategias para repararlo.

Lo más fascinante de todo es que tomamos muchas de los fármacos que funcionan con ciertas personas y otras no y los evaluamos para nuestras propias neuronas, y pudimos revertir los síntomas en la placa con algunos, pero no todos. Entonces surgió la opinión de que tal vez pudiéramos usar esta estrategia para revisar y escoger las personas que tienen una enfermedad para la cual existen muchos fármacos que sólo funcionan parcialmente.