Los científicos dirigidos por el Consejo de Investigación Médica de Wellcome Trust (MRC) de Cambridge Stem Cell Institute en la Universidad de Cambridge, Reino Unido, han descubierto la manera de efectuar con éxito un «reset» a células madre pluripotentes humanas con el estado de desarrollo temprano, equivalente a células que se encuentran en el embrión antes de que se implanten en el útero (7-9 días) – 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 de acuerdo a su plasticidad, o la versatilidad del desarrollo, y el rango a partir de células madre totipotentes (el tipo más versátil) y pluripotentes a multipotentes (el menos versátil).
Las células madre pluripotentes tienen el potencial de convertirse en casi cualquiera de los tipos de células del cuerpo, incluyendo el músculo, nervio, corazón y la sangre. Ellos pueden ser producidos en un laboratorio a partir de células extraídas de un embrión etapa temprana o partir de células adultas que han sido inducidos a un estado pluripotente.
La investigación con células madre pluripotentes humanas pueden ayudar a generar células y tejidos para trasplante, mejorar la comprensión del desarrollo humano y las causas de los defectos de nacimiento y cáncer, y cambiar la forma de los medicamentos son desarrollados y probados para la seguridad.
Anteriormente, los investigadores han tenido dificultades para generar células madre pluripotentes humanas que se encuentran en un verdadero «estado en blanco.» En cambio, sólo han sido capaces de obtener células que han avanzado un poco más por el camino y exhiben características de desarrollo de la diferenciación en tipos celulares específicos.
Los investigadores han rendido «reset células» por volver a cablear el circuito genético en las células embrionarias e inducidas humanas madre pluripotentes. Las células resultantes comparten atributos de células embrionarias ingenuas auténticos madre aisladas de ratones, lo que sugiere que representan la etapa más temprana del desarrollo.
El descubrimiento, publicado en la revista Cell, marca el punto de partida para una mayor comprensión del desarrollo humano y eventualmente puede conducir a la producción de materiales seguros y reproducibles para una gama de aplicaciones, incluyendo las terapias celulares.
MRC Prof. Austin Smith, co-autor del estudio, explica:
«La captura de las células madre embrionarias es como parar el reloj del desarrollo en el momento preciso antes de que comiencen a convertirse en células y tejidos distintos.»
Y añade: «Los científicos han perfeccionado una forma confiable de hacer esto con 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 del desarrollo no se ha detenido, al mismo tiempo, y algunas células son unos minutos delante de los demás «.
Generación de células madre humanas en el laboratorio es considerablemente más difícil de controlar en comparación con células de ratón. Mouse células pueden congelarse en un estado de pluripotencia ingenuo mediante la utilización de una proteína LIF – una proteína a la que las células humanas no son tan sensibles. En cambio, las células humanas tienen que ser controlados utilizando otro método que consiste en cambiar los genes clave dentro y fuera.
Debido a la complejidad de esta técnica, los científicos han sido previamente incapaz de generar células madre pluripotentes humanas que son tan primitivo o tan consistente como células madre embrionarias de ratón.
Dos genes introducidos para inducir el estado de células madre pluripotente
Los investigadores superaron el problema introduciendo dos genes para un corto período de tiempo – NANOG y KLF2 – instigar una «reiniciar el sistema» a la red de genes que controlan el celular y la inducción de la condición pluripotente ingenua. Las células de restablecimiento, como consecuencia, actuar como cualquier otro de células madre y la auto-renovación indefinidamente para crear grandes cantidades de células estables y pueden diferenciarse en tipos celulares tales como las células nerviosas y cardíacas.
Figura 1
El panel izquierdo muestra la morfología de las células de restablecimiento humanos. La colonia en forma de cúpula de las células de restablecimiento humanos es similar a las células ingenuas ratón. EOS GFP, que lleva Oct4 potenciador distal, se cree que es expresado en células de los animales de ratón. Células de restablecimiento humanos expresan EOS GFP (panel derecho), mientras que las células madre pluripotentes humanos convencionales no expresan GFP EOS.
Figura 2
Ratón embrión de 8 células y restablecer las células fueron co-cultivadas y se desarrollaron para blastocisto. Mapa de las células marcadas por la proteína fluorescente roja existían en la masa celular interna (a la izquierda). Restablecer las células marcadas con la proteína verde fluorescente fueron inyectadas en blastocistos. Después de la incubación durante 72 horas, las células de restablecimiento se integraron en ICM. Células madre humanas convencionales no tenían ningún tipo de integración.
Figura 3
Existen células positivas KLF4 y TFCP2L1 en la masa celular interna humana. Blastocistos expandidos (día 7) se fijaron y inmunotiñeron (izquierda). Como similar a la del embrión, la co-expresión de KLF4, TFCP2L1 y NANOG se puede ver en las células de restablecimiento (derecha).
Yasuhiro Takashima, Herchel Smith Postdoctoral Research Fellow y autor principal, que era apoyado por la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón para llevar a cabo esta investigación en Células Madre de Wellcome Trust MRC de Cambridge Institute, dijo a Medical News Today:
«El uso de células humanas de reposición, se puede estudiar más sobre lo normal que progresa el desarrollo del embrión y también cómo puede salir mal, dando lugar a trastornos de aborto espontáneo y de desarrollo. El estado ingenuo de las células de reposición también puede hacer que sea más fácil y más confiable para cultivar y manipular en el laboratorio y pueden permitir que sirven como un lienzo en blanco para la creación de células y tejidos especializados para su uso en medicina regenerativa «.
Prof.Smith, director del Instituto de Células Madre Wellcome Trust MRC de Cambridge, dice: «Nuestros hallazgos sugieren que es posible retroceder el reloj para lograr un verdadero estado fundamental pluripotencia en células humanas Estas células pueden representar el verdadero punto de partida para la formación. de los tejidos en el embrión humano. Esperamos que, con el tiempo, que nos permitirán desbloquear la biología fundamental del desarrollo de la primera, que es imposible estudiar directamente en las personas «.
Comentarios Takashima, «La generación de nuestras células de reposición es la culminación de muchos años de trabajo sobre la biología subyacente de células madre por nuestro laboratorio.» Y continúa:
«Mapa de las células han abierto la puerta a una nueva fase de la investigación y que ahora es necesario llevar a cabo más estudios para establecer la forma en que nuestras células se comparan con los demás. Todavía no sabemos si serán un mejor punto de partida que las células madre existentes para terapias, pero ser capaz de iniciar por completo ‘desde cero’ podrían resultar beneficioso «.
Dr. Rob Buckle, jefe de Medicina Regenerativa en el MRC, afirma cómo lograr un estado fundamental cierto en células madre pluripotentes humanas es visto como 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 por una gama de terapias celulares, medios de diagnóstico y herramientas de la investigación de seguridad de medicamentos. Esto es probable que sea una posibilidad muy atractiva para industria y los reguladores «.
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