Los científicos de Salk desarrollan un método más rápido y seguro para producir células madre

Los científicos de Salk desarrollan un método más rápido y seguro para producir células madre

El nuevo método aumenta el rendimiento de las células y aumenta la seguridad, lo que ayuda a dar un paso más hacia la medicina regenerativa.

LA JOLLA, CA—Un nuevo método para generar células madre a partir de células maduras promete impulsar la producción de células madre en el laboratorio, ayudando a eliminar una barrera para las terapias de medicina regenerativa que reemplazarían los tejidos corporales dañados o no saludables.

La técnica, desarrollada por investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos, permite la producción ilimitada de células madre y sus derivados y reduce el tiempo de producción a más de la mitad, de casi dos meses a dos semanas.

"Una de las barreras que debe superarse antes de que las terapias con células madre puedan adoptarse ampliamente es la dificultad de producir suficientes células lo suficientemente rápido para la aplicación clínica aguda", dice Ignacio Sancho-Martínez, uno de los primeros autores del artículo y estudiante postdoctoral. investigador en el laboratorio de Juan Carlos Izpisúa Belmonte, la Cátedra Roger Guillemin del Instituto Salk.

Ellos y sus colegas, incluidos Fred H.Gage, profesor en el Laboratorio de Genética de Salk, han publicado un nuevo método para convertir células en Nature Methods de esta semana.

Las células madre son valoradas por su "pluripotencia", la capacidad de convertirse en casi cualquier célula del cuerpo. Las células madre para investigación y usos clínicos se derivan de dos maneras, ya sea directamente de células lo suficientemente jóvenes como para seguir siendo pluripotentes, o de células maduras que han sido “reprogramadas” para ser pluripotentes.

De izquierda a derecha: Emmanuel Nivet, Juan Carlos Izpisua Belmonte, Leo Kurian, Ignacio Sancho-Martínez

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

El primer tipo se denomina "células madre embrionarias" (ESC, por sus siglas en inglés), aunque el término es inapropiado. En realidad, se toman de los blastocistos, el paquete hueco de células del tamaño aproximado de la punta de un alfiler que se forma con un óvulo fertilizado después de cinco días de división celular. Después de que un blastocisto se implanta en el útero, comienza la etapa embrionaria.

Aparte de las controversias éticas bien conocidas, las ESC tienen un problema menos discutido: los tejidos que crecen a partir de las ESC pueden desencadenar reacciones inmunitarias cuando se trasplantan a los pacientes.

Con el fin de superar las preocupaciones tanto éticas como médicas, los científicos aprendieron cómo engatusar a las células maduras (llamadas "células somáticas") que se habían diferenciado en tipos particulares de tejido de vuelta a su estado pluripotente. Estas llamadas "células madre pluripotentes inducidas", o iPSC, desencadenaron nuevas rondas de investigación, incluida una tercera forma de obtener los tipos de células deseados.

Células endoteliales derivadas por conversión indirecta de linaje a partir de fibroblastos humanos (células de la piel). Los núcleos celulares están en azul; las proteínas que son características de las células endoteliales son verdes y rojas.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

Resulta que las iPSC tienen sus propios problemas. Se tarda mucho tiempo en crearlos en el laboratorio, en un proceso muy ineficiente que puede tardar hasta dos meses en completarse. En primer lugar, las células somáticas deben reprogramarse a iPSC, lo que requiere un tiempo y un esfuerzo considerables. Luego, las iPSC deben diferenciarse en linajes celulares específicos antes de la aplicación terapéutica. Mucho peor, a veces pueden convertirse en tumores, llamados teratomas, que pueden ser cancerosos.

Sabiendo esto, los científicos se preguntaron si no sería necesario volver a la pizarra en blanco de una célula madre pluripotente. La clave de esta idea es que las células madre pluripotentes no se convierten inmediatamente en células particulares. Pasan por fases progenitoras intermedias en las que se vuelven "multipotentes" y solo pueden convertirse en tipos de células dentro de un cierto linaje celular. Mientras que una célula pluripotente puede convertirse en casi cualquier célula del cuerpo, una célula sanguínea multipotente, por ejemplo, puede convertirse en glóbulos rojos o blancos o plaquetas, pero no en linajes distantes como las neuronas.

Por lo tanto, para evitar los problemas potenciales de trabajar con iPSC, los científicos desarrollaron la técnica de "conversión de linaje directo". A diferencia del escenario familiar, en el que una célula pluripotente se dividiría y generaría todos los diferentes tipos de células de un individuo adulto, en la conversión de linaje directo, una célula somática se convierte en otro tipo de célula, por ejemplo, una célula de la piel se convierte en un músculo. celular, pero nada más.

Si bien esta técnica es efectiva, el equipo de Salk y sus colegas se preguntaron si podría haber una modificación que pudiera ser más eficiente y segura.

“Más allá de la cuestión obvia de la seguridad, la mayor consideración al pensar en células madre para uso clínico es la productividad”, dice el investigador postdoctoral de Salk Leo Kurian, primer coautor del artículo.

El equipo desarrolló una nueva técnica, a la que llamaron "conversión indirecta de linaje" (ILC). En ILC, como se explica en detalle en Nature Methods, las células somáticas vuelven a un estado anterior adecuado para una mayor especificación en células progenitoras.

ILC tiene el potencial de generar múltiples linajes una vez que las células se transfieren al entorno químico especialmente desarrollado por el equipo. Lo que es más importante, ILC ahorra tiempo y reduce el riesgo de teratomas al no requerir la generación de iPSC. En cambio, las células somáticas están dirigidas a convertirse en células progenitoras de linajes particulares. “No los empujamos a cero, simplemente los empujamos un poco hacia atrás”, dice Sancho-Martínez.

Usando ILC, el grupo reprogramó fibroblastos humanos (células de la piel) para convertirlos en células similares a los angioblastos, los progenitores de las células vasculares. Estas nuevas células no solo podrían proliferar, sino también diferenciarse aún más en linajes vasculares endoteliales y de músculo liso. Cuando se implantaron en ratones, estas células se integraron en la vasculatura existente de los animales.

“Una de las esperanzas a largo plazo para la investigación con células madre se ejemplifica con este estudio, donde las células madre se autoensamblarían en estructuras 3D y luego se integrarían en los tejidos existentes”, dice Juan Carlos Izpisua Belmonte.

Si bien tal uso clínico puede tardar años, este nuevo método tiene varias ventajas sobre las técnicas actuales, explica. Es más seguro, ya que no parece producir tumores u otros cambios genéticos indeseables, y da como resultado un rendimiento mucho mayor que otros métodos. Lo que es más importante, es más rápido, y esto es parte de lo que lo hace no solo más productivo, sino también menos riesgoso.

"Por lo general, puede llevar hasta dos meses crear iPSC y sus derivados diferenciados, lo que aumenta las posibilidades de que se produzcan mutaciones", dice Emmanuel Nivet, el tercero de los primeros coautores. "Nuestro método toma solo 15 días, por lo que hemos reducido sustancialmente las posibilidades de que se produzcan mutaciones espontáneas".

Otros investigadores del estudio fueron: Aitor Aguirre, Krystal Moon, Caroline Pendaries, Cecile Volle-Challier, Francoise Bono, Jean-Marc Herbert, Julian Pulecio, Yun Xia, Mo Li, Nuria Montserrat, Sergio Ruiz, Ilir Dubova, Concepcion Rodriguez, Ahmet M. Denli, Francesca S. Boscolo, Rathi D. Thiagarajan, Jeanne F. Loring y Louise C. Laurent.

El trabajo fue apoyado por: el Instituto de Medicina Regenerativa de California; la Fundación FM Kirby; Los Institutos Nacionales de Salud; la Fundación Hartwell; la Fundación Millipore; la Fundación de Caridad Esther O'Keeffe; Fundación Cellex; la Fundación Benéfica G. Harold y Leila Y. Mathers; La Fundación Benéfica Leona M. y Harry B. Helmsley, Sanofi; y el Ministerio de Economía y Competitividad.

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.