Los científicos restablecen las células madre humanas en un "hito significativo" en la medicina

Científicos liderados por el Wellcome Trust Medical Research Council (MRC) Cambridge Stem Cell Institute de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, descubrieron cómo "restablecer" exitosamente las células madre pluripotentes humanas al primer estado de desarrollo, equivalente a las células halladas en un embrión antes se implanta en el útero (7-9 días de vida), un hito importante en la medicina regenerativa.

Las células madre son células no especializadas que pueden convertirse en células con funciones altamente especializadas. Se pueden clasificar según su plasticidad o versatilidad de desarrollo, y van desde células madre totipotentes (el tipo más versátil) y pluripotentes a multipotentes (las menos versátiles).

Las células madre pluripotentes tienen el potencial de convertirse en casi cualquier tipo de célula del cuerpo, incluidos los músculos, los nervios, el corazón y la sangre. Se pueden producir en un laboratorio a partir de células extraídas de un embrión en una etapa temprana o de células adultas que se han inducido a un estado pluripotente.

La investigación con células madre pluripotentes humanas puede ayudar a generar células y tejidos para trasplante, mejorar la comprensión del desarrollo humano y las causas de los defectos de nacimiento y el cáncer, y cambiar la forma en que se desarrollan y se prueban los medicamentos para la seguridad.

Previamente, los investigadores han tenido dificultades para generar células madre pluripotentes humanas que están en un verdadero "estado en blanco". En cambio, solo han podido derivar células que han avanzado un poco más adelante en la vía del desarrollo y exhiben características de diferenciación en tipos celulares específicos.

Los investigadores han convertido las "células de reinicio" al volver a cablear los circuitos genéticos en células madre pluripotentes embrionarias e inducidas humanas. Las células resultantes comparten los atributos de células madre embrionarias ingenuas auténticas aisladas de ratones, lo que sugiere que representan la etapa más temprana de desarrollo.

El avance, publicado en Celda, marca el punto de partida para una mayor comprensión del desarrollo humano y, finalmente, puede conducir a la producción de materiales seguros y reproducibles para una amplia gama de aplicaciones, incluidas las terapias celulares.

El Prof. Austin Smith de MRC, coautor del artículo, explica:

"Capturar células madre embrionarias es como detener el reloj de desarrollo en el momento preciso antes de que comiencen a convertirse en células y tejidos distintos".

Él agrega: "Los científicos han perfeccionado una forma confiable de hacer esto con las células de ratón, pero las células humanas han demostrado ser más difíciles de detener y mostrar diferencias sutiles entre las células individuales. Es como si el reloj de desarrollo no se hubiera detenido al mismo tiempo, y algunas células están unos minutos antes que otras ".

La generación de células madre humanas en el laboratorio es considerablemente más difícil de controlar en comparación con las células de ratón. Las células de ratón se pueden congelar en un estado de pluripotencia ingenua utilizando una proteína LIF, una proteína a la que las células humanas no responden tan bien. En cambio, las células humanas deben ser controladas usando otro método que involucra el encendido y apagado de genes clave.

Debido a la complejidad de esta técnica, los científicos no han podido generar células madre pluripotentes humanas que sean tan primitivas o consistentes como las células madre embrionarias de ratón.

Dos genes introducidos para inducir el estado de célula madre pluripotente e ingenua

Los investigadores superaron el problema al introducir dos genes durante un período corto, NANOG y KLF2, instigan un "reinicio del sistema" a la red de genes que controlan la célula e inducen la condición pluripotente ingenua. Las células de reinicio, como resultado, actúan como cualquier otra célula madre y se autorrenovan indefinidamente para crear grandes cantidades de células estables y pueden diferenciarse en tipos de células como las células nerviosas y cardíacas.

Figura 1

El panel izquierdo muestra la morfología de las células de restablecimiento humano. La colonia en forma de cúpula de las células de restablecimiento humano es similar a las células ingenuas de ratón. Se piensa que EOS GFP, que lleva el potenciador distal Oct4, se expresa en células vírgenes de ratón. Las células de restablecimiento humano expresan EOS GFP (panel derecho), mientras que las células madre pluripotentes convencionales humanas no expresan EOS GFP.

Figura 2

Se cocultivaron células embrionarias y de reinicio de 8 células de ratón y se desarrollaron para formar blastocisto. Restablecer las células marcadas por la proteína fluorescente roja existía en la masa celular interna (izquierda). Restablecer las células marcadas por la proteína fluorescente verde se inyectaron en blastocistos. Después de la incubación durante 72 horas, las células de reinicio se integraron en ICM. Las células madre humanas convencionales no tenían ninguna integración.

figura 3

Las células positivas KLF4 y TFCP2L1 existen en la masa celular interna humana. Los blastocistos expandidos (día 7) se fijaron e inmunotiñeron (izquierda). Tan similar como el embrión, la coexpresión de KLF4, TFCP2L1 y NANOG se puede ver en las células de restablecimiento (derecha).

Yasuhiro Takashima, investigador postdoctoral de Herchel Smith y autor principal, que recibió el apoyo de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón para llevar a cabo esta investigación en el Wellcome Trust MRC Cambridge Stem Cell Institute, dijo Noticias médicas hoy:

"Al usar células de restablecimiento humano, podemos estudiar más sobre cómo progresa el desarrollo embrionario normal y cómo puede salir mal, lo que lleva a abortos espontáneos y trastornos del desarrollo. El estado ingenuo de las células de restablecimiento también puede facilitar y hacer más confiable el crecimiento y la manipulación ellos en el laboratorio y pueden permitirles servir como un lienzo en blanco para crear células y tejidos especializados para su uso en medicina regenerativa ".

Prof.Smith, director del Wellcome Trust MRC Cambridge Stem Cell Institute, dice: "Nuestros hallazgos sugieren que es posible rebobinar el reloj para lograr una verdadera pluripotencia en estado fundamental en las células humanas. Estas células pueden representar el verdadero punto de partida para la formación de tejidos en el embrión humano. Esperamos que, con el tiempo, nos permitan desbloquear la biología fundamental del desarrollo temprano, que es imposible de estudiar directamente en las personas ".

Takashima comenta: "La generación de nuestras células de reinicio es la culminación de muchos años de trabajo en la biología subyacente de las células madre de nuestro laboratorio". Él continúa:

"Restablecer las células ha abierto la puerta a una nueva fase de investigación y ahora tenemos que llevar a cabo más estudios para establecer cómo se comparan nuestras células con otras. Todavía no sabemos si estos serán un mejor punto de partida que las células madre existentes para terapias, pero ser capaz de comenzar completamente 'desde cero' podría ser beneficioso ".

El Dr. Rob Buckle, director de Medicina Regenerativa en el MRC, explica cómo lograr un verdadero estado fundamental en las células madre pluripotentes humanas se considera un hito importante en la medicina regenerativa. Él explica: "Con un mayor refinamiento, este método para crear células pluripotentes en blanco podría proporcionar una materia prima más confiable y renovable para una gama de terapias celulares, diagnósticos y herramientas de detección de seguridad de medicamentos. Esta es una perspectiva muy atractiva para industria y reguladores ".

Noticias médicas hoy recientemente se informó sobre un avance de células madre para 'células de Cenicienta' - células especializadas que forman la médula espinal, el músculo y el tejido óseo en un embrión en crecimiento. Se han producido en el laboratorio utilizando células madre por primera vez.

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