Enero 24, 2005
La Jolla, CA – Las líneas actualmente disponibles de células madre embrionarias humanas han sido contaminadas con una molécula no humana que compromete su uso terapéutico potencial en sujetos humanos, según una investigación realizada por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California, San Diego (UCSD). Medicina y el Instituto Salk en La Jolla, California.
En un estudio publicado en línea el 23 de enero de 2005 en la revista Nature Medicine, los investigadores encontraron que las células madre embrionarias humanas, incluidas las actualmente aprobadas para el estudio con fondos federales en los EE. UU., contienen un ácido siálico de superficie celular no humano llamado N -ácido glicoilneuramínico (Neu5Gc), aunque las células humanas son genéticamente incapaces de producirlo. En un artículo relacionado publicado el 29 de noviembre de 2004 por el Journal of Biological Chemistry (JBC), el grupo Varki también descubrió el mecanismo celular exacto por el cual esto ocurre.
En estudios con una de las líneas de células madre embrionarias humanas aprobadas por el gobierno federal, los investigadores determinaron que las células madre incorporan el Neu5Gc cuando crecen o se derivan de cultivos de laboratorio que contienen fuentes animales de la molécula Neu5Gc no humana. Todos los métodos tradicionales de placas de cultivo utilizados para cultivar todas las células madre embrionarias humanas incluyen materiales derivados de animales, incluidas células de tejido conectivo (las llamadas "capas alimentadoras") de ratones y suero fetal de ternero.
"Las células madre embrionarias humanas permanecieron contaminadas por Neu5Gc incluso cuando se cultivaron en condiciones de cultivo especiales con reemplazos de suero disponibles comercialmente, aparentemente porque estos también se derivan de productos animales", dijo el autor principal Ajit Varki, MD, profesor de medicina y UCSD de ambos artículos. medicina celular y molecular, y codirector del Centro de Investigación y Capacitación en Glicobiología de UCSD.
La investigación en Nature Medicine se realizó con células madre embrionarias humanas cultivadas en el laboratorio de fred gage, Ph.D., profesor, Laboratorio de Genética, Instituto Salk, La Jolla, California, profesor adjunto de neurociencias en UCSD, y autor del artículo de Nature Medicine.
Previamente, el laboratorio de Varki descubrió en 1998 que los humanos son únicamente diferentes de otros mamíferos estudiados en que las personas no expresan Neu5Gc*. En un estudio de 2003**, los investigadores de la UCSD descubrieron que los seres humanos tienen anticuerpos naturales que se dirigen contra Neu5Gc. En el artículo actual de Nature Medicine, los científicos encontraron que las células madre embrionarias humanas contaminadas con Neu5Gc se volvieron, efectivamente, como células animales, siendo atacadas por anticuerpos humanos y, por lo tanto, volviéndolas inútiles como una herramienta terapéutica potencial en humanos.
"Es un problema de seguridad importante porque abre la idea de que la transferencia de proteínas se produce entre las células", dijo Gage. “Específicamente, los componentes del medio de crecimiento tienen la capacidad de cambiar las características inmunológicas de las células ES humanas. Se necesita más investigación para comprender las condiciones óptimas para preparar células humanas para su aplicación terapéutica”.
“Consideramos que una solución parcial al problema era usar suero humano en el medio de crecimiento”, dijo Varki. Cuando el equipo cultivó las células en suero humano inactivado por calor especialmente seleccionado para bajas concentraciones de anticuerpos anti-Neu5Gc, la respuesta inmune se redujo significativamente, pero no se eliminó por completo.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron sondas desarrolladas recientemente para detectar la presencia de Neu5Gc en la superficie celular de células madre embrionarias humanas que habían crecido en condiciones de cultivo tradicionales. Los científicos confirmaron además la presencia de Neu5Gc con un proceso llamado espectrometría de masas por electrospray. El porcentaje de ácidos siálicos totales presentes como Neu5Gc en las células madre embrionarias varió del 2.5 al 10.5 por ciento. En las células madre embrionarias humanas a las que se les permitió diferenciarse en cuerpos embrioides (EB), que es el primer paso para prepararlas para su uso potencial en humanos, el porcentaje de ácidos siálicos totales presentes todavía oscilaba entre el 5 y el 17 por ciento.
Varki y su equipo notaron que se han realizado muchos esfuerzos durante los últimos años para tratar de eliminar cualquier componente de cultivo derivado de animales en el cultivo de células madre humanas. Sin embargo, muchos de los medios especializados utilizados para el crecimiento y la diferenciación aún contienen materiales de origen animal y, por lo tanto, están contaminados con Neu5Gc.
Además de usar suero humano, los investigadores sugirieron la posibilidad de usar lo que se llama "células alimentadoras" de ratones con un defecto similar al humano en la producción de Neu5Gc. Señalaron que recientemente han producido un ratón de este tipo. Otra posibilidad que están intentando grupos en otras partes del mundo es utilizar células de tejido conectivo derivadas de embriones humanos como capa alimentadora en el cultivo.
Otra solución podría ser un cultivo a corto plazo en suero inactivado por calor del paciente real que va a recibir la terapia, dijeron los científicos. Sin embargo, aún puede resultar difícil eliminar por completo el Neu5Gc, porque se ha incorporado metabólicamente a las líneas de células madre embrionarias humanas actualmente disponibles y financiadas con fondos federales.
“Con este descubrimiento, la preocupación general preexistente sobre el uso de productos animales para derivar células madre embrionarias humanas se ha vuelto más específica, definiéndose en términos moleculares”, dijo Varki.
"Por supuesto, estos problemas se volverán irrelevantes si se puede lograr la eliminación completa de Neu5Gc mediante la obtención de nuevas células madre embrionarias humanas que nunca hayan estado expuestas a productos animales que contengan Neu5Gc de ningún tipo", dijeron los investigadores en el artículo de Nature Medicine, señalando que ninguno de los enfoques sugeridos garantiza la eliminación completa de Neu5Gc de los cultivos existentes. “Por lo tanto, parecería mejor comenzar de nuevo con células madre embrionarias humanas recién derivadas que nunca hayan estado expuestas a ningún producto animal e, idealmente, solo expuestas al suero del receptor del trasplante previsto”.
“Sin embargo, tal enfoque no podría seguirse bajo las reglas existentes para el uso de dólares de subvenciones federales”, dijo Varki.
La primera autora del estudio de Nature Medicine es Maria J. Martin, Ph.D., investigadora postdoctoral en el laboratorio de Varki en UCSD. Un autor adicional importante es el becario postdoctoral de Gage, Alysson Muotri, Ph.D. El estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud, el Fondo Lookout y por la Fundación Benéfica G. Harold y Leila Y. Mathers de Nueva York.
Además de Varki, los autores del estudio relacionado en JBC incluyeron a Muriel Bardor, Ph.D. y Dzung Nguyen, Ph.D., becarios posdoctorales, y Sandra Diaz, investigadora asociada. Determinaron que Neu5Gc ingresa a las células humanas al ser engullido por gotitas de líquido y luego trasladado al citoplasma de la célula por una "bomba" llamada transportador de ácido siálico lisosomal.
Varki señaló que esta vía es inusual y previamente desconocida que también puede ser relevante para la entrada de otras moléculas pequeñas en las células. Además, el estudio de JBC mostró cómo Neu5Gc adherido a las proteínas dietéticas de los animales podría incorporarse en las células que recubren el estómago y el colon, órganos en los que el consumo de carne roja se ha asociado con el riesgo de cáncer.
“Conocer el mecanismo que utiliza esta molécula para ingresar a las células humanas puede darnos pistas sobre posibles soluciones a los problemas que puede causar en diversas situaciones”, dijo Varki.
* Diferencia entre humanos y simios vinculada a un átomo de oxígeno faltante
http://health.ucsd.edu/news/2004/09_25_98_Varki.html
** La molécula no humana se absorbe al comer carne roja, según un estudio realizado por investigadores de la UCSD
http://health.ucsd.edu/news/2003/09_29_Varki.html
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