Algunos métodos con células madre están más cerca del "estándar de oro" que otros

Algunos métodos con células madre están más cerca del "estándar de oro" que otros

Los investigadores de Salk compararon una docena de líneas de células madre y descubrieron que un método más nuevo supera al protocolo más establecido cuando se trata de crear células que se parecen más a las de un embrión humano.

LA JOLLA—Investigadores de todo el mundo han recurrido a las células madre, que tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo, para posibles terapias regenerativas y de enfermedades.

Ahora, por primera vez, investigadores del Instituto Salk, con colaboradores de Universidad de Salud y Ciencia de Oregon y del Universidad de California, San Diego, han demostrado que las células madre creadas con dos métodos diferentes están lejos de ser idénticas. El hallazgo podría conducir a mejores vías para el desarrollo de terapias con células madre, así como a una mejor comprensión de la biología básica de las células madre.

Joseph R. Ecker, Profesor – Laboratorio de Análisis Genómico

Haga clic aquí para una imagen de alta resolución.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

Los investigadores descubrieron que las células madre creadas al mover material genético de una célula de la piel a un óvulo vacío, en lugar de convencer a las células adultas de que regresen a su estado embrionario activando artificialmente una pequeña cantidad de genes, se asemejan más a las células madre embrionarias humanas, que se consideran el estándar de oro en el campo.

"Estas células creadas con el citoplasma de los óvulos tienen menos problemas de reprogramación, menos alteraciones en los niveles de expresión génica y están más cerca de las células madre embrionarias reales", dice el coautor principal. José R. Ecker, profesor y director del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk y codirector del Centro de Excelencia en Genómica de Células Madre. Los resultados del estudio se publicaron hoy en Naturaleza.

Las células madre embrionarias humanas (hESC) se extraen directamente de embriones no utilizados descartados de la fertilización in vitro, pero los dilemas éticos y logísticos han restringido su acceso. En los Estados Unidos, los fondos federales han limitado el uso de hESC, por lo que los investigadores han recurrido a otros métodos para crear células madre. Más comúnmente, los científicos crean células madre pluripotentes inducidas (iPS) comenzando con células adultas (a menudo de la piel) y agregando una mezcla de genes que, cuando se expresan, hacen retroceder las células a un estado de células madre pluripotentes. Luego, los investigadores pueden persuadir a las nuevas células madre para que se conviertan en células que se parezcan a las del cerebro o del corazón, lo que brinda a los científicos un modelo valioso para estudiar enfermedades humanas en el laboratorio.

Durante el año pasado, un equipo de OHSU se basó en una técnica llamada transferencia nuclear de células somáticas (la misma que se usa para clonar un organismo, como la oveja Dolly) para trasplantar el núcleo que contiene ADN de una célula de la piel a un humano vacío. óvulo, que luego madura naturalmente en un grupo de células madre.

Ecker, titular de la Presidente del Consejo Internacional de Salk en Genética, se asoció con Shoukhrat Mitalipov, desarrollador de la nueva técnica y director del Centro de Terapia Génica y de Células Embrionarias en OHSU, y la profesora asistente de UCSD Louise Laurent para llevar a cabo la primera comparación directa de los dos enfoques. Los científicos crearon cuatro líneas de células madre de transferencia nuclear, todas usando óvulos de un solo donante, junto con siete líneas de células iPS y dos líneas de hESC estándar de oro. Se demostró que todas las líneas celulares podían desarrollarse en múltiples tipos de células y tenían un contenido de ADN casi idéntico dentro de ellas.

Pero cuando observaron más de cerca las células, los investigadores detectaron algunas diferencias: los patrones de metilación (señales químicas que se agregan a los genes para controlar su expresión) variaban entre las líneas celulares. Esto indica una diferencia en cómo y cuándo se pueden expresar los genes, a pesar de tener secuencias idénticas. La metilación de las células de transferencia nuclear se parecía más a las hESC que a las células iPS. Y cuando los investigadores observaron los patrones de la expresión génica real, midiendo los niveles de hebras de ARN particulares producidas por cada célula, las diferencias continuaron. Una vez más, las células de transferencia nuclear tenían niveles de ARN más cercanos a las células embrionarias, lo que las hacía más precisas para la investigación básica y los estudios terapéuticos.

"Tanto la metilación del ADN como los datos de expresión génica muestran que la transferencia nuclear hace un mejor trabajo al borrar la firma de la célula original de la piel", dice Laurent, coautor principal del artículo.

“Si cree que la expresión génica es importante, lo cual creemos, entonces cuanto más se acerque a los patrones de expresión génica de las células madre embrionarias, mejor”, dice Ecker. “En este momento, las células de transferencia nuclear se parecen más a las células madre embrionarias que a las células iPS”.

Ecker no espera que los laboratorios se apresuren a hacer el cambio a los protocolos de transferencia nuclear; después de todo, el método se encuentra dentro de los restringidos para la financiación federal. Pero cree que la nueva observación probablemente contiene lecciones que podrían ayudar a mejorar los protocolos para fabricar células iPS.

“Lo que esto nos dice es que puedes usar la combinación estándar de genes y hacen un trabajo bastante bueno al crear células iPS”, dice Ecker. “Pero no son perfectos. El material de un óvulo hace un mejor trabajo que esos cuatro genes por sí solos”.

Si los investigadores pueden precisar qué hay dentro de un óvulo que impulsa la producción de células madre pluripotentes, podrán integrar ese conocimiento en los métodos iPS para mejorar la terapia con células madre para enfermedades.

“En este punto, las células madre de transferencia nuclear combinan las ventajas clave de las células hESC y iPS y, como tales, son ideales para aplicaciones clínicas en terapia regenerativa”, agrega Mitalipov.

Otros investigadores del estudio fueron Ryan C. O'Neil, Yupeng He, Matthew D. Schultz, Manoj Hariharan, Joseph R. Nery y Rosa Castanon de la Instituto Salk de Estudios Biológicos; Hong Ma, Brittany Daughtry, Masahito Tachibana, Eunju Kang, Rebecca Tippner-Hedges, Riffat Ahmed, Nuria Marti Gutierrez, Crystal Van Dyken, Alimujiang Fulati, Atsushi Sugawara, Michelle Sparman, Paula Amato y Don P. Wolf of Universidad de Salud y Ciencia de Oregon; Robert Morey, Karen Sabatini y Rathi D. Thiagarajan de la Universidad de California, San Diego; y Sumita Gokhale de la Escuela de Medicina de la Universidad de Boston.

Joseph R. Ecker es un investigador de la Instituto Médico Howard Hughes y Fundación Gordon y Betty Moore. Además, el trabajo y los investigadores involucrados fueron apoyados por subvenciones de la Fundación Leducq; Universidad de Salud y Ciencia de Oregon; El Departamento de Medicina Reproductiva de la Universidad de California en San Diego; la dotación de fondos para la Presidencia del Consejo Internacional de Salk; el Fundación Mary K. Chapman; El Consejo de Investigación Sueco; y el Confianza médica de Collins.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.