Hallan un método para aumentar la fabricación de células madre pluripotentes

Investigadores del Centro Médico Langone de la Universidad de Nueva York (NYU, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, han encontrado una forma de aumentar drásticamente la eficiencia del proceso para convertir células adultas en las llamadas células madre pluripotentes mediante la combinación de tres compuestos bien conocidos, entre ellos la vitamina C. Las células madre son células inmaduras o no comprometidas teóricamente capaces de convertirse en cualquier tipo de célula. El uso de la nueva técnica en ratones permitió incrementar el número de células madre obtenidas a partir de células adultas de la piel en más de 20 veces en comparación con el método estándar. Los autores de este logro dicen que su método es eficaz y fiable y, por lo tanto, debería acelerar la investigación dirigida a la utilización de células madre para generar casi cualquier tejido.

"Este gran impulso de la eficacia nos da ahora la oportunidad de estudiar los mecanismos de programación de células madre en alta resolución", dice el director de la investigación, Matthias Stadtfeld, profesor asistente de Biología Celular y miembro del Instituto Skirball de Medicina Biomolecular y del Centro de Biología de Células Madre Helen L. y Martin S. Kimmel del Centro Médico Langone de la NYU. "Se trata de un avance muy emocionante", destaca Ruth Lehmann, directora del Centro Kimmel para Biología de Células Madre y del Instituto Skirball de la NYU y presidenta del Departamento de Biología Celular. "La nueva tecnología desarrollada por el laboratorio de Stadtfeld para reprogramar células diferenciadas de manera eficiente y efectiva avanza en la perspectiva de usar de forma segura la tecnología de células madre en la medicina regenerativa", plantea.

El método estándar para la reprogramación de células de la piel, la sangre u otros tipos de células específicas de tejido en células madre pluripotentes inducidas (iPSC) fue conseguido en 2006 por el laboratorio de Shinya Yamanaka en la Universidad de Kioto, Japón, por el que se le concedió más tarde el Premio Nobel. El sistema implica la expresión artificial de cuatro genes clave, Oct4, Klf4, Sox2 y myc, bautizados como OKSM, cuya actividad colectiva genera lentamente células en un estado inmaduro parecido al de una célula embrionaria temprana. En principio, se podía tomar una muestra de células de una persona, inducir a las células a convertirse en iPSCs y luego multiplicar las iPSCs en un plato de laboratorio y estimularlas para madurar hacia los tipos de células adultas deseadas, como de la sangre, el cerebro o el corazón, que luego podrían usarse para reemplazar el tejido lesionado o enfermo en el mismo individuo.

Pero hay muchos obstáculos técnicos, entre los cuales está la baja eficiencia de los protocolos que se utilizan actualmente, de forma que la conversión de la mayoría de los tipos de células en iPSCs estables se produce a velocidades de un 1 por ciento o menos y el proceso puede llevar semanas. Investigadores de todo el mundo han estado buscando fórmulas para aumentar esta eficiencia y, en algunos casos, han informado de avances significativos, pero estos procedimientos alteran a menudo genes celulares vitales, pudiendo causar problemas para las potenciales terapias.

Para el nuevo estudio, publicado en la edición digital de este jueves de 'Stem Cell Reports', Stadtfeld y su equipo de laboratorio apostaron por un enfoque menos invasivo e investigar compuestos químicos que modulan de forma transitoria las enzimas que están presentes en la mayoría de las células. "En especial, queríamos saber si estos compuestos podrían combinarse para obtener células madre con alta eficiencia", explica el principal investigador. Dos de estos compuestos influyen en vías de señalización bien conocidas, llamadas Wnt y TGF-beta, que regulan múltiples procesos relacionados con el crecimiento en las células. El tercero es la vitamina C (ácido ascórbico), muy bien conocida como un poderoso antioxidante y que fue descubierta recientemente para ayudar en la inducción de iPSC mediante la activación de enzimas que remodelan la cromatina, el andamio espiral del ADN para regular la expresión génica.

Al aplicar ingenería genética a fibroblastos de piel de ratón, el tipo de célula más común en la investigación de iPSC, para que expresaran OKSM, bien con vitamina C, un compuesto para activar la señalización de Wnt o un compuesto para inhibir la señalización de TGF-beta, se aumentó débilmente la eficiencia de la inducción de iPSC

a aproximadamente un 1 por ciento después de una semana de cultivo celular. La combinación de dos funcionó un poco mejor y la unión de los tres llevó a una eficiencia de alrededor del 80 por ciento en el mismo periodo de tiempo.

Rendimiento casi completo

En otra serie de experimentos, el equipo trabajó con células progenitoras de sangre, que por lo general reemplazan las células sanguíneas perdidas después de una lesión o infección. El método OKSM puede convertir lentamente estas células en células madre con una eficiencia de hasta un 30 por ciento. Usar los genes OKSM junto con los tres compuestos permitió una eficiencia de casi el cien por cien en menos de una semana y se logró casi un rendimiento del cien por cien en las células progenitoras de hígado de ratón. Stadtfeld espera que estos grandes aumentos en las tasas de conversión de células adultas en células madre similares a las embrionarias facilitarán futuros estudios sobre el proceso de inducción de iPSC, simplemente haciendo que la inducción sea un evento más predecible. "De esta manera, es mucho más fácil estudiar los mecanismos que gobiernan la reprogramación, así como detectar cualquier característica indeseada que podría producirse en iPSC", resalta.

La vitamina C y los dos compuestos que se emplearon para manipular las vías Wnt y TGF-beta han sido ampliamente estudiados y tienen pocos efectos desconocidos o peligrosos, según los investigadores. Por el contrario, el uso de los genes OKSM provoca, en algunos casos, características no deseadas en iPSC, como defectos de desarrollo. Sin embargo, al hacer una inducción más rápida y eficiente de iPSC, la nueva técnica de Stadtfeld podría también generar células madre resultantes más seguras. "Es concebible reducir el riesgo de anomalías al suavizar el proceso de reprogramación --subraya Stadtfeld--. Esa es una de las cuestiones en las que estamos trabajando".