Anne Trafton | MIT News
Convertir un tipo de célula en otro, por ejemplo, una célula de la piel en una neurona, se puede hacer mediante un proceso que requiere que la célula de la piel sea inducida a convertirse en una célula madre “pluripotente”, y luego diferenciada en una neurona. Los investigadores del MIT han ideado ahora un proceso simplificado que evita la etapa de la célula madre, convirtiendo una célula de la piel directamente en una neurona.
Trabajando con células de ratón, los investigadores desarrollaron un método de conversión altamente eficiente que puede producir más de 10 neuronas a partir de una sola célula de la piel. Si se replica en células humanas, este enfoque podría permitir la generación de grandes cantidades de neuronas motoras, que podrían usarse potencialmente para tratar a pacientes con lesiones en la médula espinal o enfermedades que afectan la movilidad.
“Pudimos obtener rendimientos donde podíamos plantear preguntas sobre si estas células pueden ser candidatas viables para las terapias de reemplazo celular, que esperamos que lo sean. Ahí es donde estas tecnologías de reprogramación pueden llevarnos”, dice Katie Galloway, profesora de desarrollo profesional en ingeniería biomédica e ingeniería química W. M. Keck.
Como primer paso para desarrollar estas células como terapia, los investigadores demostraron que podían generar neuronas motoras e injertarlas en los cerebros de ratones, donde se integraron con el tejido del anfitrión.
Galloway es la autora principal de dos artículos que describen el nuevo método, los cuales se publican hoy en Cell Systems. Nathan Wang, estudiante de posgrado del MIT, es el autor principal de ambos artículos.
De la piel a las neuronas
Hace casi 20 años, científicos en Japón demostraron que al entregar cuatro factores de transcripción a células de la piel, podían inducirlas a convertirse en células madre pluripotentes inducidas (iPSCs). Al igual que las células madre embrionarias, las iPSCs pueden diferenciarse en muchos otros tipos de células. Esta técnica funciona bien, pero lleva varias semanas, y muchas de las células no terminan de convertirse completamente en tipos celulares maduros.
“A menudo, uno de los desafíos en la reprogramación es que las células pueden quedar atrapadas en estados intermedios”, dice Galloway. “Así que, estamos utilizando la conversión directa, donde, en lugar de pasar por una célula madre pluripotente inducida (iPSC) intermedia, vamos directamente de una célula somática a una neurona motora”.
El grupo de investigación de Galloway y otros han demostrado este tipo de conversión directa antes, pero con rendimientos muy bajos — menos del 1%. En trabajos anteriores de Galloway, utilizó una combinación de seis factores de transcripción más dos proteínas adicionales que estimulan la proliferación celular. Cada uno de esos ocho genes se entregaba usando un vector viral separado, lo que hacía difícil garantizar que cada uno se expresara en el nivel correcto en cada célula.
En el primer artículo de Cell Systems de la nueva serie, Galloway y sus estudiantes informaron un método para agilizar el proceso de modo que las células de la piel puedan convertirse en neuronas motoras utilizando solo tres factores de transcripción, además de los dos genes que inducen a las células a entrar en un estado altamente proliferativo.
Usando células de ratón, los investigadores comenzaron con los seis factores de transcripción originales y experimentaron eliminándolos uno a la vez, hasta que encontraron una combinación de tres — NGN2, ISL1 y LHX3 — que completaba con éxito la conversión a neuronas.
Una vez reducido el número de genes a tres, los investigadores pudieron usar un solo virus modificado para entregar los tres, lo que les permitió asegurarse de que cada célula expresara cada gen en los niveles correctos.
Usando un virus separado, los investigadores también entregaron genes que codifican p53DD y una versión mutada de HRAS. Estos genes inducen a las células de la piel a dividirse muchas veces antes de comenzar a convertirse en neuronas, lo que permite un rendimiento mucho mayor de neuronas, alrededor del 1.100%.
“Si expresaras los factores de transcripción a niveles realmente altos en células no proliferativas, las tasas de reprogramación serían realmente bajas, pero las células hiperproliferativas son más receptivas. Es como si hubieran sido potenciadas para la conversión, y luego se vuelven mucho más receptivas a los niveles de los factores de transcripción”, dice Galloway.
Los investigadores también desarrollaron una combinación ligeramente diferente de factores de transcripción que les permitió realizar la misma conversión directa usando células humanas, pero con una tasa de eficiencia más baja — entre el 10% y el 30%, según estiman los investigadores. Este proceso toma alrededor de cinco semanas, lo que es ligeramente más rápido que convertir las células a iPSCs primero y luego transformarlas en neuronas.
Implantación de células
Una vez que los investigadores identificaron la combinación óptima de genes para entregar, comenzaron a trabajar en las mejores formas de entregarlos, lo cual fue el enfoque del segundo artículo de Cell Systems.
Probaron tres virus de entrega diferentes y descubrieron que un retrovirus logró la tasa de conversión más eficiente. Reducir la densidad de las células cultivadas en el plato también ayudó a mejorar el rendimiento general de neuronas motoras. Este proceso optimizado, que toma alrededor de dos semanas en células de ratón, logró un rendimiento de más del 1.000%.
Trabajando con colegas de la Universidad de Boston, los investigadores luego probaron si estas neuronas motoras podían ser injertadas con éxito en ratones. Entregaron las células a una parte del cerebro conocida como el estriado, que está involucrada en el control motor y otras funciones.
Después de dos semanas, los investigadores encontraron que muchas de las neuronas habían sobrevivido y parecían estar formando conexiones con otras células cerebrales. Cuando se cultivaron en un plato, estas células mostraron actividad eléctrica medible y señales de calcio, lo que sugiere la capacidad de comunicarse con otras neuronas. Los investigadores ahora esperan explorar la posibilidad de implantar estas neuronas en la médula espinal.
El equipo del MIT también espera aumentar la eficiencia de este proceso para la conversión de células humanas, lo que podría permitir la generación de grandes cantidades de neuronas que podrían usarse para tratar lesiones en la médula espinal o enfermedades que afectan el control motor, como la ELA. Los ensayos clínicos que utilizan neuronas derivadas de iPSCs para tratar la ELA ya están en marcha, pero aumentar el número de células disponibles para tales tratamientos podría facilitar la prueba y el desarrollo de estos para un uso más generalizado en humanos, dice Galloway.
La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales y el Programa de Becas de Investigación de Posgrado de la Fundación Nacional de Ciencias.
Reimpreso con permiso de MIT News.
