El "estado mágico" de las células madre embrionarias puede ayudar a superar los obstáculos a la terapéutica

El "estado mágico" de las células madre embrionarias puede ayudar a superar los obstáculos a la terapéutica

Los hallazgos del investigador de Salk sugieren un momento potencialmente favorable para recolectar células madre para la terapia y pueden revelar genes cruciales para la producción de tejidos.

LA JOLLA, CA—Con su potencial para tratar una amplia gama de enfermedades y descubrir procesos fundamentales que conducen a esas enfermedades, las células madre embrionarias (ES) son una gran promesa para la ciencia biomédica. Sin embargo, varios obstáculos, tanto científicos como no científicos, han impedido que los científicos alcancen el santo grial de usar estas células especiales para tratar enfermedades cardíacas, diabetes, Alzheimer y otras enfermedades.

En un artículo publicado el 13 de junio en Naturaleza, los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos informan haber descubierto que las células ES entran y salen de un "estado mágico" en las primeras etapas del desarrollo del embrión, durante el cual una batería de genes esenciales para la potencia celular (la capacidad de una célula genérica para diferenciarse, o desarrollarse, en una célula con funciones especializadas) se activa. Esta condición única, llamada totipotencia, otorga a las células ES su capacidad única para convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo, lo que las convierte en objetivos terapéuticos atractivos.

Los investigadores de Salk descubrieron que las células madre embrionarias entran y salen de un estado a partir del cual pueden convertirse en cualquier tipo de tejido. Aquí, las moléculas "informadoras" fluorescentes rojas indican que estas células embrionarias tempranas exhiben actividad genética indicativa de este estado flexible.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

"Estos hallazgos", dice el autor principal Samuel Pfaff, profesor en Salk's Laboratorio de Expresión Génica, “da una nueva perspectiva sobre la red de genes importantes para el potencial de desarrollo de las células. Hemos identificado un mecanismo que restablece las células madre embrionarias a un estado más juvenil, donde son más plásticas y, por lo tanto, potencialmente más útiles en la terapia contra enfermedades, lesiones y envejecimiento”.

Las células ES son como masilla que se puede inducir, en las circunstancias adecuadas, para que se conviertan en células especializadas, por ejemplo, células de la piel o células pancreáticas, en el cuerpo. En las etapas iniciales de desarrollo, cuando un embrión contiene tan solo de cinco a ocho células, las células madre son totipotentes y pueden convertirse en cualquier tipo de célula. Después de tres a cinco días, el embrión se convierte en una bola de células llamada blastocisto. En esta etapa, las células madre son pluripotentes, lo que significa que pueden convertirse en casi cualquier tipo de célula. Para que las células se diferencien, se deben activar genes específicos dentro de las células.

Pfaff y sus colegas realizaron la secuenciación de ARN (una nueva tecnología derivada de la secuenciación del genoma para monitorear qué genes están activos) en óvulos de ratón inmaduros, llamados ovocitos, y embriones en etapa de dos células para identificar genes que se activan justo antes y inmediatamente después de la fecundación. El equipo de Pfaff descubrió una secuencia de genes ligada a este estado privilegiado de totipotencia y notó que los genes eran activados por retrovirus adyacentes a las células madre.

Casi el 8 por ciento del genoma humano se compone de reliquias antiguas de infecciones virales que ocurrieron en nuestros antepasados, que se han transmitido de generación en generación pero que no pueden producir infecciones. Pfaff y sus colaboradores descubrieron que las células han utilizado algunos de estos virus como herramienta para regular los interruptores de encendido y apagado de sus propios genes. “La evolución ha dicho: 'Haremos limonada con limones y usaremos estos virus para nuestro beneficio'”, dice Pfaff. El uso de restos de virus antiguos para activar cientos de genes en un momento específico del desarrollo embrionario temprano les da a las células la capacidad de convertirse en cualquier tipo de tejido en el cuerpo.

A partir de sus observaciones, los científicos de Salk dicen que estos virus están muy estrictamente controlados, no saben por qué, y solo están activos durante un período breve durante el desarrollo embrionario. Los investigadores identificaron células ES en la embriogénesis temprana y luego desarrollaron aún más los embriones y los cultivaron en una placa de laboratorio. Descubrieron que un grupo raro de células ES especiales activaba los genes virales, distinguiéndolos de otras células ES en el plato. Al usar los retrovirus en su beneficio, dice Pfaff, estas células raras volvieron a un estado más plástico y juvenil y, por lo tanto, tenían un mayor potencial de desarrollo.

El equipo de Pfaff también descubrió que casi todas las células ES entran y salen de esta forma privilegiada, una característica de las células ES que la comunidad científica ha subestimado, dice el primer autor Todd S. Macfarlan, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Pfaff que recientemente aceptó un puesto docente en el Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver. "Si se evita que suceda este ciclo", dice, "el rango completo de potencial celular parece estar limitado".

Es demasiado pronto para decir si este "estado mágico" es un momento oportuno para recolectar células ES con fines terapéuticos. Pero, agrega Pfaff, al forzar a las células a este estado privilegiado, los científicos podrían identificar genes para ayudar a expandir los tipos de tejido que se pueden producir.

“Hay un tremendo entusiasmo por las aplicaciones prácticas de las células madre embrionarias en situaciones clínicas”, dice. “La lucha en los laboratorios de todo el mundo es que los cambios más pequeños en las condiciones ambientales pueden tener un efecto sutil e impredecible en estas células. Entonces, cuanto más sepamos sobre los requisitos básicos necesarios para que estas células puedan generar una gama completa de tipos de tejido, mejor estaremos”. Si bien los hallazgos arrojan luz sobre la biología básica de las células madre embrionarias, Pfaff dice que todavía queda un "largo camino por recorrer" en términos de su valor clínico práctico.

Otros investigadores del estudio fueron Wesley D. Gifford, Shawn Driscoll, Karen Lettieri, Dario Bonanomi, Amy Firth y Oded Singer, del Instituto Salk; y Helen M. Rowe y Didier Trono de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne en Suiza.

El trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidente Cerebrovascular (R37NS037116), el Instituto Médico Howard Hughes y la Fundación del Patrimonio Marshall.

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.