Una nueva forma de reprogramar células

Devolver células adultas a un estado similar al de las células madre embrionarias, lo que se conoce como reprogramación, es una prometedora técnica que se espera que algún día revolucione la medicina regenerativa. Un equipo de investigadores acaba de anunciar una nueva 'receta' para su fabricación, que multiplica su eficiencia y añade seguridad.
	08/04/2011

Con unos pocos años de historia, la reprogramación celular tiene ya un método llamado clásico. Éste consiste en consiste en introducir cuatro genes (conocidos como OSKM) en el ADN de la célula adulta mediante virus que los transportan hasta el núcleo. Esto hace que, al cabo de unos días, las células retornen a un estado más inmaduro que les confiere propiedades similares a las de las embrionarias.

"Esto permite transformar células de un individuo en iPS [como se las conoce], que en un futuro podrán dar lugar a células adultas que se usarán para regenerar órganos y tejidos de su organismo", explica Edward Morrisey, del Instituto de Medicina Regenerativa de la Universidad de Pensilvania (EE.UU.), que ha dirigido este trabajo.

Aunque se ha avanzado mucho, esta técnica descrita por Shinya Yamanaka en 2006 tiene varios problemas que se pueden resumir en tres: el cóctel de cuatro genes es capaz de causar tumores, los virus suponen un problema de seguridad a largo plazo y la eficiencia del proceso es muy baja (entre el 0,2% y el 1%).

SALVANDO OBSTÁCULOS

Morrisey y su equipo trabajaban con células madre embrionarias y observaron que éstas expresaban en grandes cantidades un grupo de microARNs (miARNs), pequeños fragmentos de ARN que regulan la expresión de los genes. "Nos preguntamos si añadir estos miARNs a una célula adulta bastaría para que regresaran a un estado embrionario", explica el autor en un vídeo.

Así que, empleando un vector viral (un lentivirus), introdujeron un grupo de miARNs (miR302/367) en células adultas de ratón y de humano y, "sorprendentemente, funcionó a la primera", señala el director de la investigación. "Hemos demostrado que [OSKM] no son necesarios", añade.

Además, los autores comprobaron que su 'receta' es mucho más eficaz que la de Yamanaka: "Si tomas 100.000 fibroblastos, usando los factores clásicos de transcripción obtendrás una pequeña cantidad de clones [iPS]; unos 20, como mucho. Con nuestro método, obtenemos 10.000", subraya Morrisey. Esto los hace "susceptible de usarse para la generación de iPS a gran escala", señala el estudio publicado en 'Cell Stem Cell'.

Los miARNs "pueden ser una poderosa herramienta para la obtención de iPS", continúan. Prescindir del vector viral, algo en lo que ya están trabajando, según ha reconocido Morrisey a ELMUNDO.es, sería un paso importante, aunque el uso de estas células en la clínica aún esté lejos ya que las preocupaciones en torno a su seguridad conciernen también a los fallos detectados en su genoma. Futuros estudios deberán explorar la capacidad mutagénica de estos nuevos microARNs.

Autor:   Cristina de Martos

Más cerca de los ojos de laboratorio

En los humanos, los ojos comienzan a formarse en torno a la sexta semana de embarazo. Al principio sólo se aprecian dos estructuras esféricas, un bosquejo de la complejidad que albergarán en el futuro, pero en su interior ya se han puesto en marcha todos los mecanismos que lograrán hacerles ver.

7/04/2011

Por primera vez, un equipo de investigadores japoneses ha logrado imitar -con modelos animales- ese proceso en el laboratorio. Utilizando células madre embrionarias estos científicos del Centro de Biología del Desarrollo de Kobe (Japón) han conseguido desarrollar 'in vitro' las primeras fases del desarrollo de la retina.

Lo más llamativo de la investigación es que para formar esta compleja estructura, las células embrionarias se transformaron de forma secuencial; es decir, fueron diferenciándose de forma independiente para generar los tejidos adecuados.

Después de un cultivo inicial de células madre embrionarias, los autores de esta investigación añadieron a la muestra distintos componentes extracelulares con el objetivo de generar un 'soporte' tridimensional capaz de 'guiar' el proceso.

El experimento dio resultado y progresivamente fue apareciendo una formación similar a la de la vesícula oftálmica, el primer paso que se produce en la naturaleza para la generación de los ojos. Posteriormente y de forma espontánea, estas estructuras iniciaron una transformación hasta convertirse en cúpulas ópticas provistas de las dos capas que son necesarias para una correcta formación de la retina.

El avance del desarrollo embrionario parecía seguir su curso ya que, según demostró un análisis exhaustivo del tejido, ya estaban presentes en la zona las distintas células que forman parte de la retina.

"El trabajo es excelente ya que han conseguido reproducir las etapas primigenias del desarrollo embrionario de la retina", resume Antonio Campos, director del Laboratorio de Ingeniería Tisular de la Universidad de Granada.

Para este especialista, "lo más valioso" de la investigación es que ha logrado imitar el proceso embrionario sin que estuviesen presentes otros tejidos conectivos que, hasta el momento, se consideraban fundamentales para que se produjese una correcta diferenciación celular.

Coinciden con su punto de vista Shomi Bhattacharya, director del Centro Andaluz de Biología Molecular y Medicina Regenerativa (CABIMER) y Slaven Erceg, investigador principal del Proyecto Genoma Médico, quienes destacan el hecho de que las células se organizasen de forma independiente para la creación de una estructura similar a la del ojo en sus primeros estadíos.

En este sentido, los investigadores señalan en las páginas de la revista 'Nature' que su trabajo es una prueba de que la formación de la estructura primigenia de los ojos "depende de un 'programa' intrínseco" que, de forma secuencial, 'dirige' a las células hacia su destino y posición.

Dilucidar los mecanismos de este 'programa' y desentrañar sus claves para imitarlo serán pasos fundamentales que deberán perseguir posteriores investigaciones, aseguran.

Aunque reconocen que aún queda mucho por hacer en su campo de estudio, estos científicos señalan que su hallazgo puede ofrecer nuevas perspectivas a la medicina regenerativa.

"Puede ser muy útil para comprender mejor los procesos moleculares de desarrollo, estudiar la patología del ojo y, en un futuro, diseñar modelos de desarrollo de retina", comenta Campos quien, con todo, recuerda que "aún queda mucho por hacer antes de conseguir fabricar ojos en el laboratorio".

"Sin duda es un gran paso hacia la creación de órganos artificiales con células madre, pero aún es demasiado pronto para hablar de su aplicación clínica", señalan, por su parte Bhattacharya y Erceg, que insisten en que todavía hay que demostrar que el proceso puede reproducirse con células humanas.

Autor:   Cristina G. Lucio

El genoma del feto en la sangre de la madre

Una nueva técnica, cuya viabilidad acaba de probarse en China, podría servir en el futuro para realizar diagnósticos genéticos de un feto sin necesidad de emplear métodos invasivos, a partir de sólo una muestra de sangre de la madre.
09/12/2010


El estudio, dirigido desde la Universidad de Hong Kong (China) y publicado en 'Science Translational Medicine', fue capaz de determinar, a partir de un análisis de la sangre de la madre, que el futuro bebé tendrá talasemia menor, es decir, será portador de la enfermedad pero probablemente no desarrollará sus síntomas.

Hasta el momento, los análisis genéticos de los no nacidos se llevan a cabo mediante amniocentesis -o extracción de líquido amniótico del saco que rodea al feto- o bien con una técnica denominada MVC (muestra de vellosidades coriónicas). Ambas son invasivas y requieren la extracción de pequeñas muestras internas: si bien no suelen presentar problemas, tienen cierto riesgo de causar lesiones al feto.

El nuevo método parte de un hallazgo que se produjo hace más de una década: el ADN del feto se encuentra flotando, en pequeños fragmentos, en el plasma sanguíneo de la madre. "El descubrimiento, en 1997, de ADN fetal libre de células en el plasma maternal ha abierto nuevas posibilidades para el diagnóstico prenatal no invasivo", indican los autores, liderados por el doctor Dennis Lo desde la citada institución.

Desde entonces, se había mostrado en estudios que el ADN flotante del feto puede emplearse para buscar enfermedades hereditarias concretas, como el síndrome de Down. Pero la nueva investigación ha multiplicado potencialmente las posibilidades de estas pruebas, al ofrecer, por primera vez, un mapa completo de los genes del feto.

GENOMA COMPLETO

"Antes del presente trabajo, no estaba claro si el genoma fetal completo está representado en el plasma materno, ni si las proporciones relativas del ADN fetal y maternal son constantes", añaden los científicos. Su investigación ha zanjado ambas cuestiones de manera afirmativa: aunque muy fragmentado, el genoma del no nacido puede encontrarse entero en la sangre de la madre, la cual presenta siempre la misma proporción: el 90% del ADN que contiene es de la madre, y el 10% restante, del hijo.

La labor de separar el ADN del feto ha sido, según los expertos, como encontrar "una aguja en un pajar". Para ello, se han analizado 400.000 millones de moléculas de ADN contenidas en la muestra de sangre, mediante una técnica de secuenciación masiva en paralelo. Además, hubo que contar con datos genéticos tanto del padre como de la madre, y sólo a partir de toda esa información fue posible discernir el genoma del hijo.

En este caso, tanto el padre como la madre eran portadores de los genes de la talasemia, en concreto de su variante 'beta'. Sólo si el hijo hereda tanto la mutación de la madre como la del padre, desarrollará la forma mayor de la enfermedad. Lu y sus colegas pudieron determinar que el feto portaba en sus genes la mutación del padre, pero no así la de la madre, que era una variable diferente.

"Aunque todavía en fase de prueba de concepto, este estudio muestra que secuenciar el ADN del plasma maternal facilita una forma no invasiva de escanear todo el genoma en busca de problemas genéticos", aventuran los autores del estudio.

Autor: Ángel Díaz

Más allá de la genética

La genética por sí sola no basta para dar explicación a determinadas preguntas. ¿Por qué el ADN de una persona, al cabo de los años y, al margen de mutaciones, deja de funcionar correctamente y determinados genes comienzan a fallar? ¿Por qué dos gemelos idénticos tienen la misma carga genética pero distinta reacción a las mismas enfermedades?
al 09/12/2010



La respuesta está en la epigenética, un conjunto de señales bioquímicas que, a modo de interruptores, activan o apagan la función de los genes y que se han convertido en uno de los campos que mayores expectativas han producido en la biomedicina. La investigación oncológica es, de momento, la más beneficiada por este nuevo enfoque, especialmente en el tratamiento de leucemias y linfomas. Pero existen trabajos en otras parcelas, como las enfermedades raras o la comprensión del envejecimiento.

Pese a que queda mucho aún por conocer de estos mecanismos, cada vez son más las publicaciones en las revistas especializadas que analizan estos procesos, hasta el punto que a imagen del Proyecto Genoma Humano, que en 2001 acabó con la secuenciación del ADN, existe el Proyecto Epigenoma Humano, un consorcio científico para poner en común los hallazgos de los distintos grupos de trabajo.

Thomas Jenuwein, investigador de epigenética del Instituto de Inmunología Max Planck de Alemania, compara la genética con un libro. Una vez escrito, el texto (la secuencia de bases que forman los genes: agctaggtc... y que representa la información genética de un organismo) será el mismo en todas las copias que se distribuyan entre los lectores. Pero cada lector los interpretará de forma distinta y sentirá diferentes emociones. De la misma forma, la epigenética permitiría distintas interpretaciones del mismo molde (texto) en función, por ejemplo, de las diferentes condiciones de vida de la persona.

Manel Esteller, director del grupo de epigenética y biología del cáncer del Institut d'Investigació Biomèdica de Bellvitge y uno de los referentes mundiales del estudio epigenético, prefiere el símil de una partida de cartas. "Los naipes que recibe el jugador cuando nace sería la genética, que se hereda el 50% del padre y el 50% de la madre, más o menos", comenta. "Recibir buenas cartas es importante, pero también lo es cómo cada jugador hace uso de ellas. Esto es la epigenética, y tiene que ver con los estilos de vida". Igual que se puede tener una buena mano y echarla a perder por ser demasiado agresivo, poco inteligente o calcular mal las fuerzas, lo mismo puede suceder con la genética si, pese a ser buena, se desperdicia por tener malos hábitos de vida. Al contrario, se puede contar con malas cartas pero jugar bien las bazas y ganar la partida: una vida más larga y con mejor salud.

"La genética nos da una tendencia a ser y a desarrollar determinadas enfermedades, pero todo ello es modulable por el ambiente", aclara el investigador, que recibió el premio Carmen y Severo Ochoa 2009. ¿Cómo se traduce esta influencia del entorno en el ADN? "Añadiendo marcas químicas al genoma, que no varía, y que se traduce en un cambio de comportamiento de los genes".

Una de las principales marcas químicas es la metilación. "Hasta hace poco se creía que nuestro ADN era una combinación de cuatro piezas: a, c, g, t", comenta. "Ahora sabemos que existe una quinta que es la metil-c". Esta pieza, como la llama Esteller, es un grupo químico metilo (un átomo de carbono y tres de hidrógeno) que se asocia con el silenciamiento de los genes. Al unirse a un gen (a la c, la citosina), funciona como un interruptor y lo apaga sin alterar el orden de las bases, por lo que evita que se exprese.

Otro elemento clave en la regulación epigenética está relacionado no con los genes, sino con unas proteínas encargadas de empaquetarlos para que quepan en el núcleo celular. La representación gráfica convencional del ADN suele ser la de una doble hélice desplegada. De esta forma, el material genético ocuparía tres metros en línea recta. Para envasarlo en el núcleo de una célula, de un diámetro medio de 1,7 micras, este material genético necesita estar comprimido para formar un ovillo y encajar en las minúsculas dimensiones del núcleo. De ello se ocupan unas proteínas llamadas histonas. Hasta hace poco, se creía que tenían una función pasiva y solo servían para embalar los genes. Pero son mucho más importantes. Si hay alteraciones en estos empaquetadores de ADN (metilaciones) los genes estarán demasiado comprimidos (y no se expresarán) o muy relajados (y sí lo harán).

Todos estos mecanismos son básicos para el funcionamiento normal de las células. Por ejemplo, para evitar la expresión de secuencias de ADN parasitarias adquiridas tras millones de años de evolución o para ayudar a que en cada tejido se activen los genes que corresponden. El problema llega cuando se producen alteraciones en este engranaje y se trastorna el comportamiento de los genes, lo que puede desembocar en el desarrollo de enfermedades.

En el cáncer, por ejemplo, hay metilaciones en determinados genes y en histonas, lo que se traduce en que genes con capacidad de proteger frente a tumores se silencien. "Uno de los aspectos más interesantes y útiles de estos hallazgos es que son procesos reversibles", apunta Esteller. "Se puede quitar las marcas químicas añadidas, como los metilos, que silencian al gen, para que vuelva a expresarse y nos siga protegiendo contra la aparición de un tumor".

Ya hay cinco fármacos aprobados para tratar ciertas formas de leucemias y linfomas basados en esta filosofía. Blindan los genes para impedir que los grupos metilo se unan a ellos y los silencien, y protegen las histonas para que los empaquetadores de genes funcionen de forma adecuada. Esteller destaca el éxito que han tenido estos medicamentos. "En los linfomas cutáneos, no solo se ha logrado aumentar la esperanza de vida de los pacientes, sino también su calidad de vida", apunta el investigador catalán. Esteller pone el ejemplo del síndrome mielodisplásico (la médula no fabrica suficientes glóbulos rojos sanos) para el que están indicados y que antes de estos compuestos carecían de otro tratamiento que no fueran los cuidados paliativos.

Esta es la parte positiva. La negativa es que, de momento, la ciencia se encuentra dando los primeros pasos en el uso de medicamentos epigenéticos y, en cierta medida, lo hace dando pasos de ciego. "Aún son tratamientos muy poco específicos", apunta Oskar Fernández-Capetillo, del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), quien junto a Esteller participó en junio pasado en un simposio internacional de epigenética organizado por la Universidad de València, la Fundación del hospital Clínico de Valencia y el Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (Ciberer).

Fernández-Capetillo comenta que un problema epigenético se puede limitar a un gen en concreto (el que está trabajando más o menos de lo que debería). Sin embargo, para corregir este problema, las medicaciones actuales alteran todo el genoma. "Por ejemplo, se inhibe la metilación en los 30.000 genes además del que nos interesa, por lo que estaríamos matando moscas a cañonazos". Este investigador insiste en que se está comenzando a entender cómo funcionan estos mecanismos, algo en lo que coinciden todos los investigadores.

Se sabe que existen estas huellas químicas (metilación de genes, acetilación, metilación o fosforilación de histonas, entre otras) pero no cuántas hay y cómo influyen en el comportamiento de los genes, lo que resulta muy importante para poder buscarlas y relacionarlas con la manifestación de enfermedades. También se desconoce, en lo que se refiere al cáncer, si este tipo de alteraciones son específicas de determinados tumores, o si son más frecuentes en unos u otros (colon, mama, próstata).

De lo que sí hay evidencias es de que "factores externos que provocan alteraciones genéticas también provocan alteraciones epigenéticas", según Esteller. El tabaco, que está detrás del 30% de los tumores, altera la metilación del ADN, como también la radiación solar excesiva. ¿Y el estrés? ¿Altera el equilibrio epigenético de un cuerpo sano? "No hay pruebas concluyentes en los factores emocionales o psicológicos. Hay datos que sugieren que podría ser así, pero faltan estudios científicos que lo demuestren", sostiene. "Lo que está demostrado es que sí influyen los estilos de vida relacionados con la alimentación; por ejemplo con el abuso de alcohol". Esteller comenta que los alcohólicos tienen un genoma hipometilado, es decir, menos de lo que debieran. Mientras que los grandes fumadores, "incluso sin cáncer de pulmón presentan una metilación aberrante, el doble que la gente normal. Lo mismo sucede con los mineros de uranio".

El campo de la oncología es donde más se ha avanzado en el conocimiento epigenético del cuerpo humano. Además, de las leucemias y los linfomas, en el 90% de los casos de cáncer de próstata se ha detectado que un conocido gen supresor de este tipo de tumores, el GSTP1, estaba desactivado (metilado).

Pero los investigadores también trabajan en otras áreas del conocimiento relacionadas con la epigenética, como el envejecimiento o las enfermedades raras. En el primer caso, estudios con modelos animales en los que se ha inducido envejecimiento prematuro han roto algunos de los esquemas preconcebidos sobre este proceso. Existe el concepto extendido de que el envejecimiento está relacionado con daños acumulados en el ADN a lo largo de los años y la incapacidad de las células madre de regenerar lesiones. Sin embargo, en ratones manipulados, el equipo de Fernández-Capetillo no encontró lesiones en el ADN. "Era un hallazgo contraintuitivo", comenta. Lo más sorprendente es que sí se detectaron lesiones en el ADN de los tejidos embrionarios. "Ligando estas dos ideas, solo se explicarían si en el útero se hubieran producido marcas epigenéticas que hayan hecho envejecer a los ratones", comenta. Este trabajo le valió a Fernández-Capetillo el premio Eppendorf-Nature al Joven Investigador Europeo 2009.

Otros grupos, como el de José Luís García Giménez, liderado por el catedrático de Medicina Federico Pallardó, del Ciberer de Valencia, estudian cómo afectan los mecanismos epigenéticos en enfermedades raras como la disqueratosis congénita o el síndrome de Werner, que cursan con envejecimiento prematuro. Estos investigadores se han centrado en unas modificaciones químicas de las histonas poco conocidas. Y confían en que su comprensión permita entender mejor los mecanismos que dan lugar no solo a estas enfermedades, el envejecimiento o el cáncer, sino nuevas estrategias terapéuticas en enfermedades con fuerte componente epigenético.

Hace una década de la secuenciación del genoma humano. El hombre pudo leer por vez primera "el plan de la creación divina", como lo definió el ex presidente de los Estados Unidos, Bill Clinton. Pero a este libro de la vida la faltaban la gramática y la ortografía para comprenderlo, como ha comentado Esteller en alguna ocasión: "Era un inmenso telegrama sin signos de puntuación". La misión de la epigenética es dar sentido a estas palabras y poner en valor la influencia del ambiente en la genética. En ello trabaja el Proyecto del Epigenoma Humano, para ofrecer una interpretación real del ADN
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Genética elemental

Parte 1


Parte 2