Las promesas de la reprogramación celular directa

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ciencia
Las promesas
de la reprogramación
celular directa
Avances recientes en medicina regenerativa sugieren que será posible
transformar cualquier tipo de célula humana en otra de interés
terapéutico, sin los desafíos éticos ni los riesgos para los pacientes que
implica el empleo de células madres embrionarias.
I
mportantes avances científicos han hecho posible el uso de una
gran variedad de células, diferentes a las células madre, como
opciones terapéuticas en el área de la medicina regenerativa.
En general, los especialistas en biología del desarrollo han
considerado que —a diferencia de las plantas— el compromiso
de una célula animal con un linaje particular es irreversible. Por
ejemplo, cuando una célula madre o progenitora se diferencia
y se convierte en una neurona, termina siendo una célula neuronal para siempre: es como si el desarrollo se dirigiera en una
sola dirección. Así, la reprogramación de células, es decir, la
idea de transformar en otra distinta una célula ya diferenciada
y terminal, es una alternativa relativamente nueva.
En los años noventa, J. Choi y colaboradores, usando un
gen regulador maestro, convirtieron fibroblastos —un tipo de
células que forman parte del tejido conectivo del organismo—
en células musculares. Posteriormente, también se obtuvieron reguladores maestros para favorecer la transformación (o
transdiferenciación) de otros tipos de células, aunque se trató de éxitos discretos y esporádicos. Entre estos, figuraron la
transformación de células del oído medio en células receptoras
auditivas (que fallan con la edad y desencadenan la sordera)
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Cristián Fierro Correa
Fernando A. Fierro
Doctor en Química
Doctor en Biología Celular
o la transdiferenciación de linfocitos B (células que producen
anticuerpos en la sangre) en macrófagos (células del sistema
inmunológico que se localizan en los tejidos). Estos avances
pueden considerarse discretos porque solo logran un proceso
de transformación entre dos tipos celulares muy relacionados
entre sí. La familiaridad de estos tipos de células queda de
manifiesto en el hecho de que un solo regulador, maestro y
general, logra promover estas transformaciones.
El campo de reprogramación celular comenzó a cambiar rápidamente en la década siguiente gracias a los estudios de
Yamanaka y colaboradores1, quienes descubrieron la sorprendente posibilidad de “inducir” células madre embrionarias (es
decir, pluripotentes) a partir de células ya diferenciadas y adultas, como las células de la piel de un paciente. Increíblemente
estos resultados se lograron usando solo cuatro reguladores,
o factores de transcripción, como se les conoce técnicamente.
El gran avance, al “desdiferenciar”, fue hacer que células de la
piel se transformaran y derivaran hacia un estado embrionario
inicial, con lo que ahora podrían “diferenciarse” nuevamente
hacia otro linaje celular. Cómo se logró este avance es explicado en forma resumida en la siguiente sección.
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Célula pluripotente
Reprogramación
Diferenciación
Trans-diferenciación
(Re-programación directa)
Fibroblasto
Colonia de células madres cultivadas in Vitro.
Neurona
Generación de una célula neuronal, a partir de un fibroblasto, que utiliza una célula pluripotente inducida como intermediaria,
comparado con el proceso de reprogramación directa.
CRUCIAL TRABAJO CON CÉLULAS PLURIPOTENTES
INDUCIDAS
La posibilidad práctica de “cambiarle los planos” a una célula adulta terminalmente diferenciada, para transformarla en
otro tipo de célula, es un desafío de profundo escrutinio científico en la actualidad. En forma esquemática y resumida: una
célula puede ser vista como una gran biblioteca2 con infinidad
de planos (compuestos de genes) donde ciertos bibliotecarios
—o factores de transcripción— deciden qué casas (proteínas)
construir. Dependiendo de los planos que utilizan estos bibliotecarios —trabajando también como arquitectos, es decir, activando y desactivando variedad de genes—, se producirá uno
u otro tipo de proteínas y se determinará qué célula resultará
finalmente. Sin ir a los detalles, baste señalar que los factores
de transcripción son proteínas que regulan la transcripción de
genes. Al ser activados, se configura la expresión genética en
el núcleo de la célula. Lo revolucionario del trabajo de Yamanaka fue demostrar cómo la introducción de solo cuatro factores de transcripción basta para activar los planos específicos
y necesarios para transformar una célula adulta en otra muy
similar a una célula madre embrionaria, denominada “célula
pluripotente inducida”.
Recientemente, capitalizándose el éxito en el uso de varios
factores de transcripción para transformar la célula, se ha logrado la inducción directa de una variedad de células adultas hacia
otros tipos celulares, sin necesariamente “desdiferenciarlas”
completamente hacia un estado embrionario3. Solo dentro de
los últimos meses, acortando el camino y haciéndola “saltar”
hacia otro linaje celular, se han logrado grandes avances para
evitar la larga y compleja ruta del regreso de una célula a un
estado embrionario. Estos procesos están esquemáticamente
resumidos en la figura que se presenta en esta página.
Hace poco, Leda y Srivastaba4 lograron reprogramar células de la piel y transformarlas en cardiomiocitos, las células
responsables de la palpitación del corazón. Utilizando un protocolo análogo al de Yamanaka, exploraron trabajosamente la
combinación de innumerables factores de transcripción y llegaron a la conclusión de que la inclusión de tan solo tres de
ellos —Gata4, Mef2c y Tbx5— eran suficientes para generar
cardiomiocitos palpitantes a partir de fibroblastos de la piel.
Exitosamente demostraron la posibilidad de transformar directamente células de la piel en cardiomiocitos, sin la necesidad
de producir células madre embrionarias inducidas como intermediarias5. La eficiencia de esta transformación fue también
significativamente alta, pues más del 20% de las células tratadas se transformaron en cardiomiocitos (como comparación,
es importante mencionar que la eficiencia para inducir células
madre embrionarias inducidas es menor a 0,1%). Estos resultados traen como consecuencia innovadoras posibilidades para
tratar enfermedades. Como ejemplo de los beneficios de estos
trabajos, en la sección siguiente presentamos potenciales implicaciones en el tratamiento del corazón.
NUEVOS TRATAMIENTOS: EL CORAZÓN
El corazón está compuesto por tres tipos de células: los
cardiomiocitos, es decir, las células capaces de contraerse espontáneamente; las células vasculares, que forman los vasos
sanguíneos del corazón, y los fibroblastos cardíacos, o células
K. Takahashi, S. Yamanaka: “Induction of pluripotente stem cells from Mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors” (2006), Cell 126, julio 2006, pp. 663-676.
C. Fierro, F. Fierro: “Un cambio sísmico en la terapia celular”. Revista Mensaje nº 569, junio 2008, p. 40.
3 C.R. Nicholas, A. R. Kriegstein (2010): “Cell Reprogramming Gets Direct”, Nature 463, pp. 1031-1032.
4 M. Ieda, J. Fu, P. Delgado-Olguín, V. Vedantham, Y. Hayashi, B. Bruneau, D. Srivastava (2010): “Direct Reprograming of Fibroblasts into Functional Cardiomiocytes by Defined Factors”, Cell
142, pp. 375-386.
5 R. Passier, C. Mummery (2010) “Getting to the Heart of the Matter: Direct Reprogramming to Cardiomyocytes”, Stem Cell 7, pp. 140-141.
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que forman el tejido conectivo que constituye el “andamiaje”
del corazón. Lo interesante es que más del 50% de las células
que forman este órgano son fibroblastos, es decir, células que
no contribuyen a las palpitaciones propias de ese órgano. El
desarrollo impropio de los cardiomiocitos es una de las principales causas de las malformaciones congénitas del corazón.
Por otro lado, es sabido que a consecuencia de un ataque cardíaco muchas de sus células (cardiomiocitos) mueren por falta
de irrigación sanguínea, comprometiendo así la salud del paciente y su calidad de vida.
Desgraciadamente los cardiomiocitos tienen muy poca o nula
capacidad de regeneración. Es aquí donde los resultados de
Leda y Srivastaba abren la puerta hacia implicaciones terapéuticas importantes ya que en el futuro el órgano dañado, al ser
tratado de esta manera (reprogramación directa de fibroblastos), podría reponer sus cardiomiocitos destruidos. Este nuevo
procedimiento acarrea también potenciales ventajas frente a un
tratamiento que emplee células madre embrionarias o embrionarias inducidas. Por ejemplo, al evitarse el paso hacia células
pluripotentes inducidas, se elimina uno de los riesgos de este
proceso, cual es la generación de posibles tumores al inyectar
células pluripotentes residuales al paciente. Una segunda ventaja que mencionan los autores consiste en la posibilidad de
introducir estos tres factores de transcripción directamente en
el corazón del paciente, para de ese modo reprogramar —en el
corazón mismo— la población endógena de fibroblastos hacia
cardiomiocitos, contribuyendo entonces a la contractibilidad
general del corazón.
Finalmente, a diferencia de otras alternativas celulares, se
utilizarían células provenientes del mismo paciente, evitándose
las complicaciones de un rechazo inmunológico. Además, en
otro campo importante, se evade el conflicto ético al evitarse
la destrucción de células madre embrionarias en el proceso.
Similares avances fueron publicados recientemente en un
texto que da cuenta de la reprogramación de fibroblastos hacia
neuronas6. Esos resultados abren la posibilidad de tratar males
como el Parkinson (donde neuronas dopaminérgicas paulatinamente son destruidas) o daños en el tejido nervioso de la
columna vertebral que inhiben severamente —a veces en su
totalidad— las posibilidades motoras del individuo. De igual
forma, hace pocas semanas, se logró la reprogramación de fibroblastos hacia células progenitoras de la sangre7. Este último
resultado abre las puertas a nuevas terapias para combatir las
enfermedades de la sangre.
MIRANDO HACIA EL FUTURO
La asombrosa velocidad de estos avances sugiere que los
logros se expandirán hasta el punto en que podamos transformar cualquier tipo de célula humana, genéticamente manipulable, en otro tipo de célula de interés terapéutico8. Sin embargo,
Ciertos resultados abren la posibilidad de tratar males como el Parkinson o daños en el tejido nervioso
de la columna vertebral que inhiben severamente las
posibilidades motoras del individuo.
también quedan importantes aspectos técnicos por resolver
para que algún día estas tecnologías puedan ser utilizadas en
pacientes. Desde el punto de vista clínico, deben desarrollarse
estudios que demuestren que estas alternativas son seguras y
eficaces. Desde el punto de vista científico, queda por resolver
el mecanismo por el cual este cambio ocurre. Cómo y por qué
esta des-diferenciación ocurre en forma natural en plantas (de
una simple hoja transplantada, por ejemplo, se puede desarrollar nuevamente un árbol) y en algunos animales (como los platelmintos: de un fragmento de gusano o un pedazo de estrella
de mar se puede producir nuevamente un organismo entero) y
no en humanos, es un tema que necesita toda la atención del
mundo científico. MSJ
Vierbuchen T, Ostermeier A, Pang ZP, Kokubu Y, Südhof TC, Wernig M. (2010): “Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors”, Nature 463 (7284), pp. 1035-1041.
Szabo E, Rampalli S, Risueño RM, Schnerch A, Mitchell R, Fiebig-Comyn A, Levadoux-Martin M, Bhatia M. (2010): “Direct conversion of human fibroblasts to multilineage blood progenitors”.
Nature 468 (7323): pp. 521-526. Epub 2010, nov 7.
8 D. Sareen, C. N Svendsen (2010): “Stem Cell Biologist play a Mean Pinball”. Nature Biotechnology 28, pp. 323-325.
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