Científicos convierten células madre en tejido humano en solo unos días

Utilizando señales biológicas y químicas, los investigadores lograron acelerar el proceso que hasta ahora tomaba semanas o incluso meses.

Xinhua. Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford son capaces de hacer que las poblaciones puras de cualquiera de los 12 tipos de células, incluidas las que se necesitan para generar hueso, cartílago y músculo del corazón, en cuestión de días en lugar de las semanas o meses que antes requerían.

La capacidad, ya nombrada como un paso clave hacia la medicina regenerativa clínicamente útil, y que permitiría la reparación de los daños después de un ataque al corazón o la creación de cartílago o hueso para revitalizar las articulaciones, se adquiere mediante la asignación de los conjuntos de señales biológicas y químicas necesarias para dirigir a las células madre embrionarias humanas para hacer poblaciones puras de células de tejido.

"La medicina regenerativa se basa en la capacidad de convertir las células madre humanas pluripotentes en células madre de tejidos especializados que se injertan y función en los pacientes", dijo Irving Weissman, director del Instituto de Stanford para la Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa, y autor principal de un estudio publicado en el último número de la revista Cell.

"Aquí hemos utilizado nuestro conocimiento de la biología del desarrollo de muchos otros modelos animales para proporcionar los factores positivos y negativos de señalización para guiar las decisiones de desarrollo de estas células madre de tejidos y órganos".

El resultado, como Weissman puso: "dentro de cinco a nueve días se puede generar prácticamente todas las poblaciones de células puras que necesitamos".

Las células madre embrionarias son pluripotentes, lo que significa que pueden convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo al responder a una variedad de señales que ahorran tiempo y lugar determinado dentro del embrión en desarrollo que les dirigen a convertirse en tipos celulares específicos.

A diferencia de muchos otros animales, el desarrollo embrionario humano es un proceso misterioso, sobre todo en las primeras semanas después de la concepción. Esto se debe a que el cultivo de un embrión humano durante más de 14 días está prohibido en muchos países y sociedades científicas. Pero los investigadores saben que, al igual que otros animales, el embrión humano en sus primeras etapas consta de tres componentes principales conocidas como capas germinales: ectodermo, el endodermo y el mesodermo.

Cada una de estas capas germinales es responsable de generar ciertos tipos de células durante el desarrollo del embrión. El mesodermo, por ejemplo, da lugar a los tipos de células principales, incluyendo el músculo cardíaco y esquelético, tejido conectivo, hueso, vasos sanguíneos, células de la sangre, cartílago y partes de los riñones y la piel.

"La capacidad de generar poblaciones puras de estos tipos de células es muy relevante para cualquier tipo de medicina regenerativa clínicamente importante, así como para desarrollar un plan de acción fundamental del desarrollo embrionario humano", dijo Kily Loh, estudiante graduado de Stanford y uno de los autores del estudio. "Anteriormente, haciendo estos tipos de células tomaba de semanas hasta meses, principalmente debido a que no era posible controlar con precisión el destino celular. Como resultado, los investigadores terminar con una mezcolanza de tipos de células".

Para saber qué señales impulsan la formación de cada uno de los tipos celulares derivados del mesodermo, los investigadores comenzaron con una línea de células madre embrionarias humanas, que químicamente se daban codazos para convertirse en células que forman lo que se conoce como la línea primitiva en las células del embrión temprano; y sabiendo que a menudo las células progresaron hacia abajo por la vía de desarrollo a través de una serie de elecciones consecutivas entre dos opciones posibles, luego se experimentó con diferentes combinaciones de moléculas de señalización conocidas como una forma de lograr que estas células se conviertan en células precursoras cada vez más especializadas.

La forma más rápida, más eficiente de microgestión de las decisiones del desarrollo de las células era aplicar una combinación simultánea de factores que alentaron a la diferenciación en un linaje mientras que el bloqueo de forma activaba las células de un destino diferente, una especie de estrategia de "sí" y "no".

Por ejemplo, de acuerdo con un comunicado de prensa del Centro de Noticias de Medicina de Stanford, las células de la línea primitiva pueden convertirse en cualquiera del endodermo o uno de los dos tipos de mesodermo. La inhibición de la actividad de una molécula de señalización llamada TGF beta impulsa las células a un destino mesodérmico. Añadiendo una molécula de señalización llamada WNT, mientras se bloquea la actividad de otra molécula conocida como BMP, se promueve la diferenciación en un tipo de mesodermo; por el contrario, la adición de BMP, mientras se bloquea la WNT impulsa las células a convertirse a otro tipo de mesodermo.

“Hemos aprendido ... es igualmente importante entender cómo se desarrollan los tipos de células no deseadas y encontrar una manera de bloquear este proceso fomentando al mismo tiempo la vía de desarrollo de lo que queremos", dijo Loh en el articulo. Al guiar las decisiones de las células en cada división en el camino, los investigadores fueron capaces de generar células precursoras de hueso que forman hueso humano al ser implantadas en ratones de laboratorio y las células musculares del corazón latiendo, así como otros 10 linajes de células mesodérmicas derivadas.

En cada etapa de desarrollo, los investigadores llevaron a cabo la secuenciación de una sola célula de ácido ribonucleico (ARN) para identificar los patrones de expresión de genes únicos y evaluar la pureza de las poblaciones de células individuales. Al observar el perfil de expresión génica en células individuales, fueron capaces de identificar estados transitorios previamente desconocidos que caracterizaron la progresión de precursor de células más especializadas, en particular para la primera vez que un impulso transitorio de la expresión génica que precede a la segmentación del embrión humano en partes discretas que se convertirán en la cabeza, el tronco y las extremidades del cuerpo.

"La segmentación del embrión es un paso fundamental en el desarrollo humano", dijo Loh. La comprensión de cuándo y cómo la segmentación y otros pasos clave del desarrollo ocurren podrían proporcionar pistas importantes en cuanto a la forma congénita en que surgen defectos de nacimiento cuando estos pasos van mal.