Alquimia celular. La «reprogramación genética» elude la utilización

Alquimia celular. La «reprogramación genética» elude la
utilización de embriones y evita el paso por células
pluripotentes
Por Nicolás Jouve (Catedrático de Genética, miembro de CíViCa).
La medicina regenerativa sin utilizar embriones es ya una realidad. El presente comentario se refiere
a los extraordinarios avances derivados de la metodología de la «reprogramación genética» iniciados
por Shinya Yamanaka. Dos publicaciones recientes demuestran la posibilidad de pasar de unos tipos
de células adultas a otras (fibroblastos a células nerviosas o células de la sangre) de forma directa,
sin retrotraerse al estado de células pluripotentes.
Mediante una serie de experimentos desarrollados a partir del 2006, los investigadores
japoneses Kazutoshi Takahashi y Shinya Yamanaka, del Departamento de Células Madre de la
Universidad de Kyoto, demostraron satisfactoriamente la posibilidad de inducir fibroblastos
embrionarios o de adulto de ratón hacia células madre pluripotentes. Para ello modificaban
genéticamente las células somáticas mediante la inserción en su genoma de cuatro factores
genéticos: Oct3/4, Sox2, c-Myc y Klf4, en las condiciones de los cultivos de las células madre
embrionarias.
Las células producidas se denominaron iPS (=induced pluripotent stem), y presentaban la
morfología y las propiedades de crecimiento de las células madre embrionarias y también expresaban
proteínas propias de dichas células. Sin embargo, el trasplante subcutáneo de células iPS en ratones
daba lugar a tumores, que afectan a una variedad de tejidos de las tres capas germinales, ectodermo,
mesodermo y endodermo. Por otra parte, la inyección de las células iPS en blastocistos de ratón,
generaban el desarrollo embrionario, lo cual demuestra que se pueden producir células madre
pluripotentes directamente a partir de cultivos de fibroblastos, a los que se ha estimulado la actividad
de unos pocos genes bien definidos. De hecho, el 23 de julio de 2009, Nature News y otros medios
de comunicación, daban la noticia de que dos grupos de investigadores chinos han clonado ratones
directamente a partir de líneas de células madre pluripotentes iPS, lo que pone de manifiesto que las
células iPS son tan pluripotentes como las células madre embrionarias (ES).
Algo se había avanzado. El dato importante es la posibilidad de conseguir la reprogramación genética
de células adultas diferenciadas hasta convertirlas en células madre, equivalentes a las embrionarias
a partir, en este caso, de fibroblastos. No obstante, esta tecnología no adelantaría en los aspectos
técnicos ni éticos, sí los sistemas celulares proliferantes obtenidos devienen en tumores.
Más recientemente, en Enero de 2010, el equipo del Dr. Marius Wernig de la Facultad de
Medicina de la Universidad de Stanford, dio a conocer un nuevo gran avance de las posibilidades de
la Medicina regenerativa sin utilizar células madre ni embrionarias ni de otras procedencias, en una
llamativa demostración de la flexibilidad celular. En su trabajo el Dr. Wernig produjo neuronas
funcionales a partir de fibroblastos (células iN = Neuronas inducidas), sin pasar por la etapa
intermedia de células pluripotentes, de acuerdo con la publicación de su trabajo en Nature.
La pregunta que se formuló el Dr. Marius Wernig es «¿podemos pasar de fibroblastos de piel
directamente a neuronas?», y la respuesta es afirmativa al lograr con éxito una reprogramación
directa sin marcha atrás hacia el estadio pluripotente. Es decir, una transformación de un tipo celular,
fibroblastos hacia otro distinto, células nerviosas.
Wernig y sus colegas probaron la transformación de fibroblastos embrionarios de ratón (MEFs)
con un «cóctel» de 19 genes, que se expresan habitualmente en tejidos neuronales. 32 días más
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tarde, las células derivadas del cultivo mostraban morfologías típicas neuronales. Probando varios
conjuntos de genes, los investigadores redujeron el número de genes transformantes a sólo tres
genes: Ascl1, Brn2 y Myt1, que mantenían la capacidad de convertir no sólo células MEFs
(fibroblastos fetales de ratón) en neuronas, sino también fibroblastos postnatales (adulto).
Mediante esta investigación se inducía la producción de neuronas completamente funcionales
(células iN), capaces de generar potenciales de acción y capaces de establecer contactos sinápticos
con neuronas de otro linaje somático en cultivos in vitro. Al divulgar la importancia de su trabajo
Wernig afirmó que.«Cuando crecen estas neuronas inducidas (iN) en un cultivo neuronal
preexistente, son capaces de integrarse funcionalmente con ellas».
La gran ventaja de pasar por alto la etapa pluripotente es la de evitar la formación de tumores y
de producir embriones con capacidad de desarrollo. La investigación abría muchas posibilidades para
obtener reprogramación celular hacia muchos tipos de especialidades celulares.
Por otra parte, la transformación de las células somáticas (fibroblastos diferenciados) en células
iN por medio de los genes Ascl1, Brn2 y Myt1induce una parada de la división celular. En cierto modo
se comportan como anticancerígenos.
Una desventaja de esta nueva metodología (células adultas de una especialidad hacia células
de otra especialidad) frente a las células iPS (células adultas de una especialidad retrotraídas hacia
un estadio pluripotente) es que las células iN, muestran una incapacidad de expansión en cultivo. Así,
a pesar del hecho de que los investigadores han alcanzado casi el 20 % de eficiencia en la
conversión (muy por encima de la eficiencia de 0,1 % o 0,01 % asociada a las células pluripotentes),
queda por ver si se puede generar suficiente tejido para que sea útil en una terapia de inducción. Este
es el reto hacia el futuro a partir de estas células reprogramadas inducidas.
Así las cosas, a primeros de Noviembre de 2010, la misma revista, Nature, publica una nueva
investigación basada en la misma tecnología.
Al igual que en el caso del Dr. Wernig, en este nuevo trabajo dirigido por el Dr. Mickie Bathia, de
la Universidad canadiense McMaster, en Hamilton (Ontario), se demuestra la obtención de células
sanguíneas a partir de células de piel, sin pasar por el estado de células pluripotentes.
Mickie Bhatia (fotografía) y sus colegas eligieron la transformación de fibroblastos en células de
la sangre porque las células rojas de la sangre obtenidas a partir de células madre (no por
reprogramación
genética)
no
producen
hemoglobina adulta sino la forma de hemoglobina
embrionaria.
Para producir las células progenitoras de la
sangre, Bhatia y su equipo recogieron fibroblastos
de la piel de varios voluntarios. Infectaron las
células con un virus que insertó el gen Oct4, y
después las hicieron proliferar en presencia de una
sopa de proteínas inmunes que estimulaban las
llamadas citokinas.
El Oct4 es uno de los genes utilizados por
Shinya Yamanaka para la transformación de los
fibroblastos en las células iPS. Sin embargo, el equipo de Bhatia no encontró ninguna evidencia de
que las células progenitoras de la sangre que habían producido pasaran a través de un estado
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embrionario (iPS). Los patrones de expresión genética en las células obtenidas nunca se asemejaron
a los de las células madre embrionarias, y tampoco provocaron la formación de teratomas en los
ratones de experimentación, como suele ocurrir con la utilización de las células pluripotentes.
Las células generadas eran de las tres clases de las células de la sangre: blancas, rojas y
plaquetas y parecían funcionar como deben, según una batería de experimentos. Las células de
sangre rojas creaban la hemoglobina de adulto, no la forma fetal. La siguiente prueba es la de su
resultado en trasplante a seres humanos, aunque esto habrá de esperar hasta despejar algunas
dudas.
A raíz de este nuevo logro, el Dr. Ian Wilmut, «padre de la oveja Dolly» y Director del MCR, un
centro de Medicina Regenerativa de Edimburgo (Reino Unido), convencido de las ventajas de trabajar
con células no embrionarias ha calificado este trabajo como «Un nuevo paso que nos permite creer
que se puede producir cualquier cosa a partir de casi cualquier cosa», refiriéndose naturalmente a
unos tipos celulares en otros.
De los trabajos de los grupos de Wernig y Bathia, quedan por resolver varios problemas. El
primero se refiere a los riesgos de la manipulación genética, ya que, incluso sin usar oncogenes,
insertar genes foráneos en el genoma puede ser potencialmente perjudicial si, por ejemplo, la
manipulación activa un oncogén nativo o algún gen que interrumpa la función de un gen supresor de
tumores. Este problema se piensa que puede superarse mediante la sustitución de la transformación
celular con factores genéticos con la transducción de las proteínas. Por otra parte ha de garantizarse
que las modificaciones epigenéticas - cambios que modifican la expresión de los genes sin alterar la
secuencia del ADN - no afecten a la diferenciación entre las células de sangre producidas
naturalmente y las creadas por la conversión directa.
Hasta que se resuelven los problemas planteados en estos experimentos, la falta de expansión
de estas células, la no diferenciación epigenética y el control de la inserción de los genes en regiones
seguras de su genoma, habrá que seguir investigando. Pero al mismo tiempo se abren nuevas
expectativas. Una aplicación muy atractiva de este método podría ser el desarrollo de modelos para
estudios de terapias de enfermedades específicas. Las aplicaciones biomédicas no serían útiles solo
para las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson, sino además para
otras enfermedades que afectan a la actividad neuronal del cerebro, como la depresión, esquizofrenia
o incluso trastornos autistas. Resueltos los problemas bioéticos de la utilización de los embriones,
estamos ante lo que puede ser una nueva y esperanzadora etapa de la medicina regenerativa, que
comenzó a finales del 2006, con las extraordinarias investigaciones del Dr. Yamanaka.
Referencias
K. Takahashi, S.Yamanaka, «Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult
Fibroblast Cultures by Defined Factors», en Cell 126 (2006), pp. 1-14.
T Vierbuchen, A Ostermeier, ZP Pang, Y Kokubu, ThC Südhof and M. Wernig. Direct conversion of
fibroblasts to functional neurons by defined factors. Nature advance online publication 27 January
2010 doi:10.1038/nature08797
E. Szabo, Sh. Rampalli, R.M. Risueño, A. Schnerch, R. Mitchell, A. Fiebig-Comyn, M- Lavadoux-Martin, M.
Bhatia. Direct conversion of human fibroblasts to multilineage blood progenitors. Nature (2010), Published
online 7 November 2010, DOI: doi:10.1038/nature09591
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