Nuevo protocolo avanza hacia glóbulos rojos universales creados en laboratorio
ARRIBA: Un glóbulo rojo generado a partir de una célula madre pluripotente inducida por humanosBENOIT MALLERET, DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGÍA, ESCUELA DE MEDICINA YONG LOO LIN, UNIVERSIDAD NACIONAL DE SINGAPUR
La pandemia de COVID-19 ha llevado a una fuerte caída en las donaciones de sangre, lo que ha llevado a los centros de sangre en los EE. UU. a dar la alarma sobre una escasez crítica, dejando al descubierto la fragilidad del suministro de sangre actual. Durante años, los científicos que anticipan interrupciones en el suministro de sangre debido a problemas como patógenos emergentes que pueden transmitirse a través de la sangre o el rápido envejecimiento de la población, lo que podría reducir drásticamente la cantidad de donantes potenciales en el futuro, han estado trabajando en el desarrollo de formas de producir sangre en las fábricas. con el fin de proporcionar una fuente alternativa de la sustancia vital.
En un estudio publicado el 10 de diciembre en Stem Cell Reports, Steve Oh, director del grupo Stem Cell Bioprocessing de la Agency for Science, Technology and Research (A*STAR) en Singapur, y sus colegas informan sobre un nuevo método para generar grandes cantidades de glóbulos rojos (RBC) a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPSC), células que han sido reprogramadas a partir de un estado de vuelta a un estado similar al embrionario.
Oh y sus colegas se propusieron la misión de encontrar formas de fabricar glóbulos rojos que por sí solos son suficientes para transfusiones de sangre de iPSC a escala en 2015. En ese momento e, dice Oh, los enfoques disponibles no pudieron desarrollar suficientes células sanguíneas inmaduras de alta calidad, llamadas eritroblastos, para expandirse y madurar en grandes biorreactores, una de las razones es que los científicos usaban principalmente cultivos monocapa, lo que limitaba la cantidad de células que podían crecer. . Queríamos impulsar la tecnología de bioprocesamiento lo más lejos que pudiéramos, con el objetivo de poder algún día producir sangre universal lista para usar, dice Oh.
El equipo de Oh se propuso desarrollar un método escalable para generar glóbulos sanguíneos de tipo O-negativo o de donante universal. Para hacerlo, unieron las iPSC derivadas de varios tejidos a estructuras de soporte llamadas microportadores que permiten su crecimiento, luego las colocaron en cultivos celulares que estaban bajo agitación constante (agitando o agitando, por ejemplo). El cultivo de cultivos celulares densos requiere altos niveles de nutrientes y oxígeno, y un ambiente continuamente agitado ofrece más de esos componentes críticos para llegar a las células en crecimiento que un ambiente estático, explica Oh. (Oh tiene patentes para las técnicas utilizadas en este estudio, y es el fundador de Zenzic Labs y SingCell, dos empresas de biotecnología con sede en Singapur que trabajan con células madre). A lo largo de este proceso, se agregaron diferentes cócteles de citoquinas en varias etapas para inducir la diferenciación. en eritroblastos.
El equipo repitió este protocolo en plataformas de cultivo de diferentes tamaños, comenzando en placas con pocillos individuales de 5 ml y terminando con matraces giratorios de 500 ml, que, según Oh, son sustitutos de cultivos controlados a pequeña escala. biorreactores.
Usando esta tecnología, Oh y sus colegas generaron cultivos de eritroblastos con densidades celulares que alcanzaban 1,7 x 107 células por ml. Además, demostraron que era posible llevar a cabo este proceso utilizando iPSC de ocho líneas celulares diferentes, incluidas las derivadas de la sangre del cordón umbilical, la médula ósea y la piel.
Para alcanzar las cantidades de los glóbulos rojos que se encuentran en las transfusiones, los científicos deben lograr densidades de al menos 1 x 108 células por ml, lo que sigue siendo un orden de magnitud mayor que lo que el equipo de Oh ha podido lograr actualmente.
Para eritroblastos para convertirse en glóbulos rojos, necesitan pasar por enucleación, el proceso a través del cual la célula pierde su núcleo. El grupo de Oh logró hasta un 60 por ciento de enucleación en sus cultivos celulares utilizando una de las técnicas líderes actuales para la enucleación, que consiste en agregar células OP9, células madre derivadas de la médula ósea de ratones. Todo el proceso, desde el material inicial de iPSC hasta los glóbulos rojos maduros, tomó alrededor de 35 días.
Cuando el equipo comparó los glóbulos rojos generados a partir de iPSC con los derivados de adultos, informaron diferencias mínimas en funciones cruciales, como la capacidad de transporte de oxígeno. , así como en sus perfiles transcripcionales.
Esto demuestra, por primera vez, que se pueden producir glóbulos rojos a partir de iPSC y con una variedad de donantes, hasta el producto final. en un ambiente de suspensión controlada, dice Oh.
Mostrar que este proceso de pasar de iPSC a células eritroides se puede llevar a cabo en matraces giratorios es un gran paso, dice Emile van den Akker, científico que estudia la eritropoyesis en Sanquin, una organización sin fines de lucro que suministra sangre en los Países Bajos, que no participó en este trabajo. Transferir un cultivo estático a algo que pueda usarse en un biorreactor escalable es la verdadera fortaleza de este artículo.
Una gama de glóbulos rojos maduros generados en laboratorio Benoit Malleret, Departamento de Microbiología, Facultad de Medicina Yong Loo Lin , Universidad Nacional de Singapur
Muchos equipos han estado buscando métodos para generar glóbulos rojos a partir de células madre con fines de transfusión, y el mayor desafío sigue siendo escalar a la producción en masa, dice Luc Douay, profesor de la Universidad de la Sorbona en Francia y el presidente de la startup de biotecnología Erypharm, que está trabajando en formas de generar glóbulos rojos para transfusiones y no participó en este estudio. Es un artículo interesante, dice Douay. Pero los autores no informan sobre la producción a gran escala ni abordan la cuestión de cómo se puede ampliar este proceso.
Para alcanzar las cantidades de glóbulos rojos que se encuentran en las transfusiones, los científicos deben alcanzar densidades de al menos 1 x 108 células por ml, que sigue siendo un orden de magnitud mayor de lo que el equipo de Ohs ha podido lograr actualmente. Actualmente, la densidad celular máxima de las técnicas parece ser lo que el equipo logró en el estudio, según Oh. Sin embargo, Oh dice que tiene la esperanza de que su equipo pueda alcanzar los niveles necesarios para la transfusión. Un enfoque que persiguen son las formas de inmortalizar sus líneas de células de eritroblastos para que proliferen continuamente y, por lo tanto, generen más células, además de ahorrar el tiempo y el dinero que se necesita para comenzar siempre con iPSC.
Eritrocitos generados en laboratorio podría ser útil de otras maneras. Los científicos también están buscando métodos para cargarlos con terapias específicas que podrían, por ejemplo, usarse en quimioterapia o para eliminar toxinas del plasma. Debido a que estas aplicaciones pueden no requerir los volúmenes de sangre necesarios para las transfusiones, aquí es donde veo la traducción más rápida a un producto, dice van den Akker. Aún así, el objetivo final, por supuesto, es la transfusión de sangre.
J. Sivalingam et al, Una plataforma de suspensión escalable para generar cultivos de alta densidad de glóbulos rojos universales a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos, Stem Cell Reports, doi:10.1016/j.stemcr.2020.11.008, 2020.