Un revolucionario estudio de Harvard abre la puerta a la regeneración de las extremidades humanas

Algún día, seremos capaces de regenerar extremidades humanas. Esa es la esperanza: no sólo de las cerca de 60 millones de personas que han sufrido la amputación de sus brazos o piernas, sino de varios equipos internacionales que trabajan en hacer esto posible a nivel médico. Y hoy, es un día histórico en la carrera científica por la regeneración de extremidades humanas.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Kyushu y la Facultad de Medicina de Harvard ha logrado 'crear' un nuevo tipo de célula con características muy similares a las células que producen tejidos de extremidades como hueso, cartílago, tendón o músculo. No solo eso: también han demostrado su potencial para convertirse en tejidos de extremidades, tanto en placas de laboratorio como en animales vivos.

¿Cómo? En términos científicos, el laboratorio ha conseguido convertir o 'reprogramar' células que no se encuentran en las extremidades (en este caso, fibroblastos, que son las células más comunes de la piel) en células con propiedades parecidas a las células progenitoras de las yemas de las extremidades.

El hallazgo, publicado en la revista científica Developmental Cell, ha mejorado nuestra comprensión del desarrollo de las extremidades y abre las puertas a la regeneración. Tal y como avanzan sus autores: "Nuestro estudio prepara el terreno para la terapia regenerativa del futuro".

En la actualidad, las amputaciones pueden deberse a diversas afecciones médicas, como tumores, infecciones y defectos congénitos. También a traumatismos provocados por accidentes y catástrofes naturales. Como consecuencia, las personas con lesiones en las extremidades suelen depender de prótesis. Sin embargo, muchos investigadores están estudiando el proceso de desarrollo de las extremidades, con el objetivo de acercar un paso más la terapia regenerativa, o la sustitución natural de tejidos, como posible tratamiento.

"Durante el desarrollo de la extremidad en el embrión, las células progenitoras de la yema de la extremidad dan lugar a la mayoría de los diferentes tejidos de la extremidad, como hueso, músculo, cartílago y tendón. Por tanto, es importante establecer una forma fácil y accesible de fabricar estas células", explica el Dr. Yuji Atsuta, investigador principal que comenzó a abordar este proyecto en la Facultad de Medicina de Harvard y lo continúa como profesor en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Kyushu.

En la actualidad, una forma habitual de obtener células progenitoras de las extremidades es directamente de embriones, lo que, en el caso de los embriones humanos, plantea problemas éticos. Otra posibilidad es obtenerlas a partir de células madre pluripotentes inducidas, es decir, células adultas que se reprograman hasta alcanzar un estado similar al embrionario y que posteriormente pueden convertirse en tejidos específicos.

El nuevo método desarrollado por Atsuta y sus colegas simplifica el proceso y reduce los costes. Al reprogramar directamente células de fibroblastos en células progenitoras de extremidades se prescinde de las células madre pluripotentes inducidas. Esto también reduce el riesgo de que las células se vuelvan cancerosas, como suele ocurrir con las células madre pluripotentes inducidas.

¿Devolverle las patas a las serpientes?

Los investigadores no sólo confirmaron que las células progenitoras de extremidades reprogramadas tenían una expresión génica similar a la de las células progenitoras de extremidades naturales, sino también una capacidad similar. "Estas células reprogramadas no son sólo imitaciones moleculares; hemos confirmado su potencial para convertirse en tejidos especializados de las extremidades, tanto in vitro como en organismos vivos (in vivo)", afirma Atsuta.

"Las pruebas in vivo fueron especialmente difíciles, ya que tuvimos que trasplantar las células reprogramadas de ratón a las yemas de las extremidades de embriones de pollo", especifica. En estos experimentos, los investigadores utilizaron lentivirus, que insertan genes directamente en el genoma de las células infectadas, lo que aumenta el riesgo de que las células se conviertan en cancerosas. En su lugar, el equipo está estudiando otros vectores más seguros, como los virus adenoasociados o los plásmidos, que administran genes a las células sin insertarlos en el genoma.

El grupo del laboratorio de Atsuta intenta ahora aplicar este método a células humanas, para futuras aplicaciones terapéuticas, También intentan replicar los hallazgos en serpientes, cuyos antepasados tenían extremidades que posteriormente se perdieron durante la evolución.

"Curiosamente, las células progenitoras de extremidades reprogramadas generaron organoides similares a yemas de extremidades, por lo que parece posible generar tejidos de extremidades en especies que ya no las poseen", declara Atsuta. "El estudio de las serpientes sin extremidades puede descubrir nuevas vías y conocimientos en biología del desarrollo", añade.

El método, paso a paso

En la fase inicial del estudio, los investigadores analizaron qué genes se expresaban en las primeras yemas de las extremidades en embriones de ratón y pollo. Casi todas las células del organismo, incluidos los fibroblastos y las células progenitoras de las extremidades, contienen un ADN genómico idéntico, pero las diferentes propiedades y funciones de cada tipo celular surgen durante el desarrollo debido a cambios en la expresión génica.

El grupo de investigación identificó 18 genes, en su mayoría factores de transcripción, que se expresan en mayor medida en la yema temprana del miembro en comparación con otros tejidos. Cultivaron fibroblastos de embriones de ratón e introdujeron estos 18 genes en los fibroblastos utilizando vectores virales para que las células produjeran estos 18 factores proteicos. Comprobaron que los fibroblastos modificados adquirían las propiedades y mostraban una expresión génica similar a la de las células progenitoras naturales de las yemas de las extremidades.

A continuación, en una serie de experimentos, los investigadores determinaron que sólo tres factores proteicos (proteínas que controlan la expresión génica en las células) eran esenciales para reprogramar los fibroblastos de ratón y convertirlos en células progenitoras de las extremidades: Prdm16, Zbtb16 y Lin28a. Una cuarta proteína, Lin41, ayudó a las células progenitoras de extremidades cultivadas a crecer y multiplicarse más rápidamente.