Células iPS: el futuro de la investigación en medicina regenerativa

Las células madre pluripotentes inducidas (Células iPS, por sus siglas en inglés) son células adultas reprogramadas para comportarse como células madre embrionarias.

Los seres humanos, y los mamíferos en general, estamos compuestos por células diferenciadas que forman los diferentes tejidos y órganos. Hay cientos de tipos y todas ellas provienen de unas pocas células madre embrionarias que conforme se dividen tienen la capacidad de convertirse en cualquiera de los tipos que conforman el organismo adulto.

Esquema de diferenciación celular – Fuente

Hasta que en 2006 se publicara en la revista Cell el estudio del japonés Yamanaka, que posteriormente recibió el premio Nobel por su trabajo en 2012, el estudio de las células madre embrionarias estaba muy polemizado, ya que estas células sólo se encontraban en estado embrionario.
Lo que Yamanaka había descubierto es que cualquier célula de un organismo adulto puede ser reprogramada para convertirse en un tipo de célula muy parecida a las embrionarias: las células iPS. Éstas son capaces de generar casi todos los tipos de células adultas, lo que en terminología más específica se conoce como células pluripotentes.
Esta reprogramación de las células adultas (1) para que se conviertan (reprogramen) en células pluripotentes, se lleva a cabo con la introducción de 4 genes que llevan factores de transcripción que (de)vuelven a las células a su estado pluripotente. Estos genes se introducen in vitroa través de un virus que infecta las células transmitiéndoles los genes al núcleo que es donde se encuentra el ADN. Al activarse dentro de las células, estos genes hacen que éstas “retrocedan” al estado pluripotente y sean capaces de generar cualquier tipo de tejido.

Este proceso es relativamente sencillo y prueba que las células adultas contienen la información de todos los tipos celulares, en contra de lo que algunos creían hasta la publicación del artículo de Yamanaka.

Este magnífico descubrimiento abre las puertas a este tipo de investigación, hasta el momento muy controvertida. No obstante, existen todavía numerosos inconvenientes con esta técnica ya que se ha visto que la introducción de estos genes puede dar lugar a la formación de tumores, así como la baja eficiencia en la obtención células iPS o la reprogramación incompleta que se da en muchos casos.
En 2013 se dio un paso muy importante en este prometedor campo (2). El grupo del CNIO (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas) dirigido por Manolo Serrano con el trabajo experimental de Maria Abad, publicado en la revista Nature, demostraron que este proceso de reprogramación celular se puede realizar dentro de un organismo vivo. Y no solo eso, si no que vieron que las células reprogramadas en los ratones habían “retrocedido” a un estado totipotencial, es decir, con la capacidad, no sólo de formar todos los tejidos humanos, sino que podían diferenciarse en las células del trofoblasto que dan lugar a la placenta. Son las células menos diferenciadas que podemos encontrar.

Esquema de reprogramación celular. En el esquema vemos que las células i4F dan lugar a unas células totipotentes, características de la mórula (3). Aparecen antes de la primera diferenciación celular que da lugar al trofoblasto (que será la placenta), y al blastocisto (que generará el organismo en sí: tejidos, órganos, etc.)
Es ahí, en el blastocisto es donde están lo que conocemos como células madre embrionarias o lo que previamente Yamanaka había conseguido con las células iPS (1)
. – Fuente

Este descubrimiento abre las puertas a un futuro uso de esta tecnología en la medicina regenerativa. Si se pudiera aplicar esta técnica a tejidos que empiezan a degenerarse, como en el caso del Alzheimer o el Parkinson, para que las células pudieran regenerarse por si solas, estaríamos ante un hito en la ciencia médica y la investigación en células madre.
Más recientemente, en Julio de 2015, un equipo de la Universidad de Berkley consiguió que a partir de las células adultas de un paciente reprogramadas, se formara un minicorazón(de idéntica genética a la del paciente) que esencialmente, se autoensambla y empieza a latir espontánea y coordinadamente (3). Para conseguir  esta hazaña los científicos de California además de utilizar señales químicas para estimular a las células iPS a diferenciarse como tejido cardíaco, con unas restricciones mecánicas y guías que las células no pueden sobrepasar se imponen unas geometrías y tensiones que emulan las del desarrollo del embrión.

Este hallazgo permite estudiar las fases tempranas del desarrollo del corazón en condiciones normales y patológicas, además de probar todo tipo de fármacos y ver cómo afectan al desarrollo del órgano.
Desde la publicación de Yamanaka son muchos los grupos que están investigando con las células iPS. Las aplicaciones médicas son incalculables. Desde el punto de vista de la investigación básica, los modelos animales quedarían relegados a un segundo lugar si con este tipo de células podemos recrear todo tipo de tejidos y órganos. Aún existen muchas dificultades para superar y un largo camino por recorrer, pero el futuro es prometedor y la investigación nos sorprende cada día.

Referencias:
  1. Takahashi, K. & Yamanaka, S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126, 663–676 (2006).
  2. María Abad, Lluc Mosteiro, Cristina Pantoja, Marta Cañamero, Teresa Rayón, Inmaculada Ors, Osvaldo Graña, Diego Megías, Orlando Domínguez, Dolores Martínez, Miguel Manzanares, Sagrario Ortega, Manuel Serrano. Reprogramming in vivo produces teratomas and iPSCs with totipotency features. Nature. 2013. Septiembre 11. DOI:10.1038/nature12586.
  3. Zhen Ma et al. Self-organizing human cardiac microchambers mediated by geometric confinement. Nature Communications 6 2015 July doi:10.1038/ncomms8413

Otras fuentes de interés:


Mariana Rubio Albizu – mrubioalbizu@gmail.com

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