Nuevo medio de cultivo iPSC promete fines de semana libres a bajo costo

ARRIBA: ISTOCK.COM, UNOL

Los biólogos de células madre rara vez tienen fines de semana libres. Los siete días de la semana, sus laboratorios necesitan a alguien que cambie los medios para mantener vivas las células madre pluripotentes inducidas. Para muchos grupos que usan iPSC, las visitas al laboratorio los fines de semana y los costosos medios de cultivo se consideran hechos ineludibles de la investigación.

En un esfuerzo por resolver ambos problemas, los investigadores de la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo iPSC humano (hiPSC ) medio de cultivo que cualquier laboratorio puede hacer desde cero a bajo costo y tomando los fines de semana libres. Estiman que los ingredientes necesarios cuestan alrededor de $16 por litro o solo el 3 por ciento de lo que cobran las empresas sin sacrificar la capacidad de las células para diferenciarse en distintos tipos de células. La receta del medio B8 junto con un protocolo para el cultivo hiPSC se publicó el 9 de enero en Stem Cell Reports.

Creo que es increíble, dice Alysson Muotri, bióloga de células madre que dirige el Programa de Células Madre de la Universidad de California, San Diego, que no participó en la investigación. Si el medio funciona tan bien como se describe en el documento, los ahorros de costos potenciales podrían ser gigantescos, agrega. Bueno, definitivamente pruébalo. . . y creo que probablemente muchas personas en el campo también lo intentarán.

La mayoría de los laboratorios de células madre compran medios producidos comercialmente para aumentar las hiPSC hasta que las células estén lo suficientemente maduras para diferenciarse en distintos tipos de células, a menudo gastando alrededor de $ 270 o $ 350 por botella de 0.5 litros. Los laboratorios grandes pueden gastar hasta $300 000 al año del dinero de los contribuyentes solo en medios de células madre, comenta Paul Burridge, uno de los desarrolladores del medio B8.

Como científico de células madre, es Me frustra cuando los laboratorios que no son de células madre dicen que no quieren trabajar con células madre porque son demasiado caras.

Paul Burridge, Universidad de Northwestern

El laboratorio de Burridge es uno de los pocos que ya había estado fabricando sus propias desde cero durante varios años, en base a recetas publicadas como la fórmula mediana E8 publicada en 2011. Sin embargo, esa receta se basó en factores de crecimiento costosos y terminó siendo casi tan costosa como los medios comerciales, o al menos no lo suficientemente barata para que el ahorro en costos compense su tiempo y esfuerzo, dice Burridge.

Hace algunos años, él y sus colegas comenzaron a cambiar los ingredientes de la fórmula E8 por otros más baratos, como la proteína gelatinosa matrices sobre las que crecen las hiPSC. El equipo se dio cuenta de que el ingrediente más caro de la fórmula E8 era el factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF2), que representaba más del 60 por ciento del costo. Entonces, el equipo comenzó a crear su propio FGF2 desde cero al introducir una secuencia genética que codificaba la proteína en un plásmido que luego se insertaba en E. coli  y se tradujo en proteína.

Una vez que los investigadores establecieron la producción de FGF2, habíamos abierto el capó, era obvio para nosotros que debíamos hacer algunos ajustes a las proteínas, recuerda Burridge.

Uno de los ajustes fue introducir mutaciones que hacen que la proteína FGF2 sea más tolerante a las temperaturas cálidas. Con la excepción de las versiones estables al calor de la proteína vendidas por algunas empresas, la mayoría de los FGF2 disponibles en el mercado tienen la limitación de que no son estables a 37 C y se degradan después de un día más o menos, lo cual es una de las razones por las que los cultivos hiPSC suelen necesitar un cambio diario de medios. , incluidos los fines de semana. Por el contrario, la versión modificada de la proteína FGF2-G3 por parte de los investigadores se mantuvo estable después de una semana a 37 C. Terminamos con una proteína que nos costó muy poco producir pero que también tiene una estabilidad mejorada, dice Burridge.

En Además de crear algunos de sus propios factores de crecimiento, los desarrolladores también realizaron una serie de ensayos de crecimiento a corto plazo, cada vez con una concentración diferente de cada ingrediente, para encontrar las concentraciones más bajas y rentables que aún mantendrían un crecimiento robusto de Células hiPSC.

Luego, el equipo puso a prueba su fórmula de medios, primero utilizando protocolos estándar con cambios diarios de medios. Descubrieron que una línea celular hiPSC podía cultivarse en el medio B8 durante más de 100 pases mientras conservaba un estado indiferenciado. En general, observaron tasas similares de crecimiento y proliferación celular cuando compararon las células cultivadas con B8 con las cultivadas en medio E8.

Luego probaron su fórmula con un horario de alimentación de fin de semana libre, en el que los investigadores solo cambiaron los medios de comunicación cada 3,5 días. Para averiguar si las células aún eran capaces de diferenciarse en distintos tipos de células, el equipo utilizó los protocolos existentes para convertir las células hiPSC cultivadas en B8 en células cardíacas, endoteliales o epiteliales. Los resultados indicaron que se pueden cultivar células [hiPS] durante un fin de semana y no tiene absolutamente ningún efecto sobre la diferenciación o la utilidad de las células, dice Burridge.

Jalees Rehman, biólogo de células madre y cardiólogo en la Universidad de Illinois en Chicago, dice que los investigadores probablemente querrán ver más datos sobre la funcionalidad de las células diferenciadas antes de probar los medios. Una vez que tenga veinte o treinta laboratorios que puedan cultivar las células en este medio mucho menos costoso y puedan diferenciarlas con éxito en tipos de células como neuronas y cardiomiocitos, y obtengan buenas células funcionales al final de las células del corazón, entonces creo que podría haber un gran impacto en el campo.

Los protocolos de cultivo hiPSC sin fines de semana serían una mejora significativa para el equilibrio entre el trabajo y la vida de los investigadores en el campo, agrega Rehman. Aunque hay varios medios disponibles comercialmente que permiten horarios libres de fin de semana, son bastante caros, señala Eric Hill de la Universidad de Aston en el Reino Unido, que está utilizando iPSC para desarrollar un modelo de la enfermedad de Alzheimer.

Sin embargo, Hill señala que el costo estimado de $ 16 de Burridge y sus colegas no tiene en cuenta el trabajo de hacer los medios. Con eso en cuenta, los costos pueden aumentar un poco, dice. Sin embargo, Burridge estima que una vez que los investigadores tienen todos los reactivos juntos, la fabricación de medios para un año debería tomar alrededor de una hora.

Además, no todos los laboratorios de células madre tienen la capacidad de producir sus propias proteínas, Muotri agrega. Por ejemplo, mi laboratorio no tiene experiencia en la purificación de estas proteínas de bacterias, dice. Tendríamos que comprárselo a alguien y luego el costo aumentará, aunque probablemente no sea tan alto como los costos de los medios comerciales, agrega. (Burridge y sus colegas sugieren en su artículo que los investigadores podrían subcontratar la producción de proteínas a una instalación central, como Northwesterns).

Otra preocupación es la reproducibilidad. La compra de medios de una fuente comercial garantiza la consistencia de lote a lote, mientras que eso puede ser más difícil de lograr si un laboratorio produce los medios por sí mismo, señala Hill. Tal vez si una empresa decide comercializar los medios B8, eso podría reducir la variabilidad dentro y entre laboratorios, siempre y cuando la fórmula siga siendo menos costosa que otras, sugiere Muotri.

Estamos encantados de ayudar a cualquier persona que tenga algún problema. [con el protocolo], dice Burridge. El objetivo del proyecto es mejorar la ubicuidad de las células madre en su conjunto, para que más laboratorios puedan usarlas. Como científico de células madre, me frustra cuando los laboratorios que no son de células madre dicen que no quieren trabajar con células madre porque es demasiado caro. Esa no es una buena razón científica para no hacer algo. Espero que hayamos resuelto esa parte del problema.

H. Kuo et al., Cultivo iPSC humano químicamente definido sin costo insignificante y sin fin de semana, Stem Cell Reports, doi:10.1016/j .stemcr.2019.12.007, 2020.

Corrección (20 de mayo): agregamos al octavo párrafo que hay algunas empresas que venden FGF2 termoestable. El Científico lamenta el error.