08 octubre, 2010

Una nueva técnica de reprogramación celular para formar células madre

En el blog hemos hablado mucho acerca de las células madre debido a sus grandes potencialidades en la biomedicina, gracias a su capacidad de regenerar cualquier tipo de tejido. Como ya mencionamos reiteradas veces, las mejores células madre por su capacidad de regenerar cualquier tejido son las células madre embrionarias (ES cells); sin embargo, hay toda una controversia en cuanto a su uso ya que debemos tener embriones a los cuales les debemos extraer las células de la masa interna celular del blastocisto y provocando la muerte del embrión, en otras palabras, la muerte de un ser humano.

Hace cuatro años, los científicos dieron un gran paso en la tecnología de las células madre. Este avance les permitió superar los problemas éticos provocados por el uso de las células madre embrionarias. Los científicos encontraron la forma de hacer que las células adultas, que ya están diferenciadas, se vuelvan a comportar como células madre embrionarias simplemente insertando cuatro genes que les devolvían esta habilidad. La técnica se llama reprogramación celular y el producto son las células madre pluripotente inducidas (iPS cells). Los cuatro genes insertados son factores de transcripción que se expresan en las células madre embrionarias: Oct3/4, Sox2, c-Myc y Klf4. Sin embargo, a diferencia de las ES cells, las cuales son totipotentes (pueden diferenciarse en cualquier tejido de las tres capas embrionarias: ectodermo, mesodermo y endodermo), las iPS cells pueden diferenciarse en muchos tejidos diferentes pero no es todos. Para diferenciarse en un tejido específico requieren del uso de determinados factores de transcripción, hormonas y hasta sustratos con relieves específicos.

Esta tecnología se ve muy prometedora, pero las iPS cells también tienen grandes inconvenientes que no han podido ser resueltos en estos cuatro años. La primera es que las iPS cells retienen en su genoma los cuatro genes que les han sido insertados, volviéndolas propensas a formar tumores, los genes pueden reactivarse más adelante, cuando la célula ya se diferenció y volverlas a reprogramar para formar células madre, las cuales se dividirán constantemente (porque esa es una de las características de una célula madre) y formar un tumor. En vez de curar al paciente, le generamos un nuevo problema.

El segundo inconveniente es que las iPS cells puede retener, “en su subconsciente”, recuerdos de que tipo de célula era antes de volverse célula madre. Es como si la iPS cell se dijera: “creo que en mi vida pasada era una célula muscular…”. Esto podría influir en el destino de diferenciación de la célula madre y en vez de regenerar un tejido óseo, forme nuevamente un tejido muscular.

Y el tercer inconveniente es que este método de reprogramación celular es relativamente ineficiente, sólo 1 de cada 1000 células pueden convertirse en células madre y toma más de un mes para que las iPS cells aparezcan.

Fue así que el Dr. Derrick Rossi de la Escuela de Medicina de Harvard desarrolló una nueva técnica para producir iPS cells. Rossi et al. en vez de insertar genes en el genoma de las células diferenciadas para convertirlas en células madre, insertaron moléculas de ARN (sintetizados químicamente) correspondientes a estos cuatro genes. Todos sabemos que la expresión genética consiste en convertir los genes – hechos de ADN – a ARN, para luego ser traducidos a proteína. Rossi insertó de frente el ARN para que sea traducida a proteína y exprese estos cuatro factores de transcripción (Oct3/4, Sox2, c-Myc y Klf4). A esta nueva tecnología la llamaron RiPS (RNA induced Stem Cells).

RiPS

Los resultados, que fueron publicados en la revista Cell Stem Cell, son muy alentadores. Primero, se podían obtener células madre en el mitad del tiempo que toma hacerlo mediante la técnica de iPS cells, en dos semanas ya se obtenían los resultados. Segundo, el ARN se degrada fácilmente, así que una vez que hemos obtenido las células madre, los cuatro factores de transcripción insertados no se volverán a expresar después. Y tercero, la eficiencia se mejoró considerablemente: el 4% de las células eran reprogramadas a células madre (RiPS: 4 de 100 y iPS: 1 de 1000).

Claro, que desarrollar esta nueva tecnología tuvo grandes obstáculos que debieron ser superados. El primer intento de Rossi por insertar las moléculas de ARN en las células fueron frustrados por el mecanismo de defensa antiviral innata que poseen. Este mecanismo de defensa degrada cualquier molécula de ARN extraño que ingrese a la célula e induce la apoptosis de la misma (muerte celular programada). Así que Rossi hizo modificaciones al ARN para evitar su degradación. Además, inhibieron los interferones, los cuales también están envueltos en los mecanismos de defensa de la célula ante el ARN extraño para aumentar la expresión de los ARNs insertados. Rossi lograron convertir las células del tejido conectivo (fibroblastos) en células madre.

Este método desarrollado por Rossi y sus colaboradores abre nuevos campos de aplicación de los ARNs en la reprogramación celular. Según los factores de transcripción que insertemos en forma de ARN podemos regenerar cualquier tipo de tejido. Además, esta técnica es bastante viable ya que la síntesis de moléculas de ARN es algo común en nuestros días… quien no ha mandado a sintetizar primers para su PCR? Claro que un primer tiene hasta 30nt de longitud, mientras que un factor de transcripción tiene más de 500nt, pero la maquinaria para “imprimir” secuencias de ADN y ARN ya están disponibles en el mercado y bajando de precio.

Otra aplicación que se le puede dar a esta tecnología es que podemos insertar cualquier molécula de ARN y sintetizar proteínas humanas que pueden ser comercializadas. Además, se podrían usar estas moléculas de ARN para investigar el mecanismo de regulación de la expresión genética de los ARN de interferencia y los microARNs.

Referencia:

ResearchBlogging.orgWarren, L., Manos, P., Ahfeldt, T., Loh, Y., Li, H., Lau, F., Ebina, W., Mandal, P., Smith, Z., & Meissner, A. (2010). Highly Efficient Reprogramming to Pluripotency and Directed Differentiation of Human Cells with Synthetic Modified mRNA Cell Stem Cell DOI: 10.1016/j.stem.2010.08.012

Vogel, G. (2010). New Technique RiPS Open Stem Cell Field Science, 330 (6001), 162-162 DOI: 10.1126/science.330.6001.162

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