Omisión de la pluripotencialidad

Fibroblastos dérmicos humanos teñidos para citocromo C (verde), actina (rojo) y ADN (azul).FLICKR, GE HEALTHCARE

El descubrimiento de células madre pluripotentes inducidas (iPSC ) en 2006 abrió la puerta a investigaciones y técnicas terapéuticas prometedoras, como la generación de modelos de enfermedades y el potencial para reemplazar células dañadas por enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson. Derivadas de células fetales o adultas, las estrategias iPSC evitaron los problemas éticos que rodean a las células madre embrionarias. Pero conservaron un inconveniente crítico: la propensión a la formación de tumores. Sin embargo, en los últimos 18 meses, los investigadores han descubierto una nueva técnica de reprogramación que podría evitar ese problema por completo: la conversión directa de un tipo de célula diferenciada a otro.

“Omitir la pluripotencia le brinda la oportunidad de evitar cualquier posible fuente tumorigénica de células” dice la bióloga molecular Vania Broccoli de la Unidad de Células Madre y Neurogénesis del Instituto Científico San Raffaele en Italia. “Creemos que estamos proporcionando ahora…

En enero de 2010, investigadores de la Universidad de Stanford anunciaron que habían encontrado un atajo de reprogramación celular que les permitía convertir fibroblastos de ratón directamente en neuronas funcionales, sin pasar por a través de una etapa pluripotente intermedia, utilizando una combinación de tres factores de transcripción. Aunque este no fue el primer estudio en convertir un tipo de célula madura en otro, fue, con mucho, el cambio más dramático. Esta fue realmente la primera demostración de que una conversión de larga distancia puede funcionar, dice el biólogo de células madre de Stanford Marius Wernig, quien dirigió el estudio.

Los próximos investigadores tendrán que demostrar que estas neuronas pueden sobrevivir y funcionar. en el cerebro, dice la bióloga de células madre Malin Parmar de la Universidad de Lund en Suecia, cuyo grupo también convirtió recientemente fibroblastos directamente en neuronas dopaminérgicas. En cultura hemos llegado tan lejos como podemos, señala. El siguiente paso es desafiar estas células en modelos in vivo. Pero hasta ahora, los resultados han sido prometedores, y pasar por alto la etapa pluripotente parece eliminar la desventaja más común de las terapias con células madre: la tendencia de las células a producir tumores. A diferencia de la reprogramación de células iPS, nunca tratamos con oncogenes, y no tratamos con células de proliferación rápida, dice Wernig.

Además, este enfoque de conversión directa es simplemente más simple que las técnicas iPSC. Cuando vas por la ruta iPS, tienes dos pasos, dice Wernig. Primero tienes que hacer las células iPS, pero luego tienes que diferenciar esas células en neuronas y resulta que eso no es tan trivial. Todo el proceso puede ser lento, tardar muchos meses en completarse y es relativamente ineficiente, con solo un pequeño porcentaje de células que regresan con éxito a la pluripotencia. Esas células luego se expanden en cultivo y se diferencian en el tipo de célula de interés. El enfoque no solo es tedioso, sino que genera células diferenciadas a partir de solo un puñado de colonias pluripotentes clonales, lo que elimina la variación genética que se encuentra en la población celular inicial, dice el biólogo molecular Asa Abeliovich de la Universidad de Columbia.

Con la conversión directa, por otro lado, es simplemente una cuestión de encontrar los factores de transcripción correctos. El concepto de simplemente tomar una biopsia de piel y, en unas pocas semanas, tener células que potencialmente se pueden poner, y de una manera relativamente sólida y sencilla, es mucho más realista para mí, dice Abeliovich.

a principios del año pasado, se publicaron al menos media docena de informes de dicha conversión directa, y los investigadores están promocionando la nueva estrategia como una alternativa más segura, más eficiente y posiblemente más precisa a la tecnología iPSC. Múltiples grupos han demostrado que la técnica puede funcionar para células humanas, abriendo las puertas a posibles aplicaciones clínicas. Y al menos dos grupos, incluido Broccolis, han demostrado la capacidad de generar un tipo de neurona específico: la neurona dopaminérgica, que se pierde en los cerebros de los pacientes con Parkinson. En cultivos de células humanas y de ratón, los investigadores han demostrado que estas neuronas realmente recapitulan todas las funciones que tienen las neuronas dopaminérgicas extraídas directamente del cerebro, dice Broccoli.

Los fibroblastos de ratón se tiñeron para lamina (verde), tubulina (roja), y ADN (azul). FLICKR, GE HEALTHCARE

Además, informes recientes de fibroblastos convertidos directamente en neuronas con una eficiencia de hasta el 50 por ciento sugieren que la conversión directa se puede utilizar para crear modelos de enfermedades. El mes pasado, por ejemplo, Abeliovich y sus colegas publicaron un informe que detalla la generación exitosa de neuronas tanto de individuos sanos como de pacientes con una forma rara de enfermedad de Alzheimer familiar. Las células de los individuos no afectados parecían normales y completamente funcionales, e incluso se integraron con éxito en los cerebros de los ratones. Pero las células de los pacientes con Alzheimer exhibieron un procesamiento anormal, localización de la proteína precursora de amiloide (APP) y una mayor producción de amiloide beta, que forma las placas amiloides características de los cerebros con Alzheimer.

Habiéndose centrado en la tecnología iPSC para la En los últimos años, Abeliovich está emocionado de estar examinando esta nueva dirección. Teníamos muchas ganas de establecer modelos de enfermedades usando sistemas iPS, pero eso resulta complicado, especialmente para una enfermedad de aparición tardía, dice. Una vez que logramos que [la conversión directa] funcionara, éramos mucho más optimistas de que podíamos modelar una enfermedad como el Alzheimer.

Pero la conversión directa no está exenta de debilidades. Por ejemplo, debido a que los investigadores solo se ocupan de células maduras, que tienen capacidades de expansión limitadas, puede ser difícil recolectar o producir la gran cantidad de células necesarias para la investigación o la terapia. Los fibroblastos entran en senescencia después de 10 o 12 pases, dice Broccoli. Entonces tienes que hacerte otra biopsia. Con la tecnología de células iPS, por otro lado, los investigadores pueden expandir las células pluripotentes en cultivo hasta que tengan tantas como necesiten.

Como solución alternativa, Sheng Ding de los Institutos Gladstone y la Universidad de California , San Francisco, y sus colegas están adoptando un enfoque ligeramente diferente. El equipo de Ding está insertando los cuatro factores clásicos de Yamanaka conocidos por inducir la pluripotencia, pero solo incubando los fibroblastos transfectados durante un breve período, induciéndolos a retroceder parcialmente a iPSC antes de cultivarlos en condiciones que favorecen la formación de células progenitoras neurales (NPC). Si bien este enfoque permite a los investigadores expandir sus poblaciones celulares in vitro, la eficiencia de las técnicas es bastante baja y a algunos investigadores les preocupa que incluso la regresión parcial hacia la pluripotencia pueda desencadenar tendencias tumorigénicas en las células.

Y la mayoría de los investigadores están preocupados. No te preocupes por los números. Los ensayos clínicos de trasplantes neurales fetales en pacientes con Parkinson, por ejemplo, han demostrado que solo se necesitan 100 000 neuronas dopaminérgicas funcionales para que cada hemisferio obtenga un beneficio terapéutico, dice el biólogo de células madre Malin Parmar de la Universidad de Lund en Suecia, quien ha producido al menos 70 a 142 millones fibroblastos de una biopsia de pulmón (Pfisterer et al, Cell Cycle, en prensa). Como puede ver, esto es suficiente para la terapia celular incluso con la eficiencia actual, dice Parmar. No creo que sea una limitación importante.

Un obstáculo más serio podría ser encontrar alternativas a los vectores lentivriales actuales que se utilizan para entregar los factores de transcripción necesarios para la reprogramación en la mayoría de los estudios de conversión directa. Debido a que esta estrategia de entrega implica la integración del ADN en el genoma del huésped, tiene el potencial de activar un oncogén y, por lo tanto, nunca se puede usar en la clínica, dice Parmar. Pero, agrega, una cosa que la investigación de iPSC nos ha enseñado es que hay otras formas de administrar los factores necesarios para reprogramar las células. Si sigues el campo iPS, han progresado de lentivirales a vectores no integrados a plásmidos escindibles, y ahora están en el objetivo final, que es usar moléculas pequeñas, dice Parmar. Creo que la conversión directa tiene mucho que aprender de cómo se desarrollaron las células iPS.

Si bien la mayoría de los estudios hasta la fecha se han centrado en generar neuronas, existen otros informes dispersos sobre la formación de otros tipos de células somáticas mediante la conversión directa. conversión, incluyendo cardiomiocitos y hepatocitos. Aunque se requiere más trabajo para demostrar que estas células inducidas son realmente funcionales, dice Wernig, es muy reconfortante ver que las cosas pueden ir en muchas direcciones. En general, estas cosas juntas realmente nos llevan a la conclusión de que si encuentra el cóctel y las condiciones adecuadas, probablemente pueda convertir las células de la piel en cualquier otro tipo de célula que desee.

Nota del editor : Esta historia ha sido actualizada desde su versión original para reflejar las dos afiliaciones de Sheng Ding: los Institutos Gladstone y la Universidad de California, San Francisco.

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