Una técnica de
programación celular desarrollada en el Instituto Weizmann transforma las
células en precursores tempranos de esperma y óvulos. Grupos en el instituto
Weizmann de Ciencia y de Cambridge han logrado la hazaña de volver atrás el
reloj de las células humanas para crear en el laboratorio células germinales
primordiales.
Es decir células
embrionarias que dan origen a esperma y óvulos. Ésta es la primera vez que
células humanas han sido programadas y han logrado alcanzar esta etapa temprana
de su desarrollo. Los resultados de este estudio, que fue publicado hoy en
Cell, podrían ayudar a encontrar las causas de los problemas de fertilidad, a
comprender las etapas tempranas del desarrollo embrionario y potencialmente, en
un futuro, permitir el desarrollo de nuevos tipos de tecnologías relacionadas
con la reproducción.
“Varios investigadores
han intentado crear células germinales primordiales (PGCs por sus siglas en
inglés) en placas de Petri durante años”, dice el Dr. Jacob Hanna del
Departamento de Genética Molecular del Instituto, quien dirigió el estudio en
conjunto con la estudiante de investigación Leehee Weinberger. Las PGCs surgen
dentro de las primeras semanas del desarrollo embrionario, cuando las células
madre embrionarias en el óvulo fertilizado comienzan a diferenciarse en los
tipos celulares más básicos.
Una vez que estas células
primordiales se “especializan” continúan desarrollándose como en “piloto
automático” hasta convertirse en los precursores del esperma o de los óvulos,
dice Hanna. La idea de crear estas células en el laboratorio surgió en el 2006
con la invención de las células madre pluripotentes inducidas (iPS, por sus
siglas en inglés) – células adultas que son “reprogramadas” para parecerse y
actuar como células madre embrionarias que pueden diferenciarse en cualquier
tipo celular.
Por consiguiente hace
varios años, cuando investigadores en Japón crearon células iPS de ratón y
luego lograron que se diferenciaran en PGCs, otros científicos intentaron
inmediatamente obtener los mismos resultados en células humanas. Sin embargo
hasta ahora, nadie había tenido éxito.
Un trabajo anterior en el
laboratorio de Hanna sugirió nuevos métodos que podrían llevar células humanas
a su estado de PGC.
Esa investigación se
enfocó en entender las diferencias entre células iPS humanas y células
embrionarias de ratón: es fácil mantener células embrionarias de ratón en su
estado “madre” en el laboratorio, mientras que las células iPS humanas que han
sido reprogramadas – a través de una técnica que involucra la inserción de
cuatro genes – tienen una fuerte tendencia a diferenciarse, y frecuentemente
retienen rastros de un “inicio de diferenciación”. Hanna y su grupo entonces
desarrollaron un método para suprimir la vía genética de la diferenciación,
creando de esta manera un nuevo tipo de células iPS, que apodaron “células
ingenuas”.
Estas células parecieron
rejuvenecer las células iPS un paso más, acercándolas más al estado embrionario
original del cual pueden realmente diferenciarse en cualquier tipo de célula.
Debido a que estas “células ingenuas” se parecen más a sus equivalentes en
ratón, Hanna y su grupo pensaron que podrían ser “persuadidas” a diferenciarse
en células germinales primordiales.
Trabajando con células
madre embrionarias “ingenuas” y células iPS, y aplicando las técnicas que
fueron exitosas en los experimentos con células de ratón, el equipo de
investigación logró producir células que en los dos casos parecían ser
idénticas a las PGCs humanas. En conjunto con el grupo del laboratorio del
Prof. Azim Surani de la Universidad de Cambridge, los científicos probaron y
mejoraron aún más el método conjuntamente en ambos laboratorios. Al añadir un
marcador fluorescente rojo a los genes de las PGCs fueron capaces de estimar
cuántas células fueron programadas. Sus resultados mostraron que un porcentaje
relativamente alto – hasta un 40 % – se volvieron PGCs. Esta cantidad facilita
el análisis.
Hanna señala que las PGCs
son sólo el primer paso en la creación de esperma y óvulos humanos. Existen aún
obstáculos por superar antes de que los laboratorios sean capaces de completar
la cadena de eventos que llevan a una célula adulta a través del ciclo de la
célula madre embrionaria, a convertirse en esperma u óvulos. En algún punto del
proceso, estas células deben aprender a realizar el genial truco de dividir su
ADN a la mitad antes de poder convertirse en células reproductivas viables. Sin
embargo, Hanna confía en que dichos obstáculos serán algún día superados
aumentando la posibilidad, por ejemplo, de permitir concebir hijos a mujeres
que fueron tratadas con quimioterapia o que sufren una menopausia prematura.
Mientras tanto, ya se han
obtenido de este estudio algunos resultados interesantes, los cuales podrían
tener implicaciones significativas en futuras investigaciones sobre PGCs y
posiblemente sobre otras células embrionarias tempranas. El equipo logró
rastrear parte de la cadena de eventos genéticos que dirige a la célula madre
hacia la diferenciación en célula germinal primordial, y así descubrir un gen
maestro, Sox17, que regula el proceso en humanos pero no en ratones. Debido a
que esta red genética es diferente a la que ha sido identificada en ratones,
los investigadores sospechan que los científicos que estudian el proceso en
humanos podrían llevarse algunas sorpresas.
“Tener la habilidad de
crear PGCs humanas en placas de Petri nos permitirá investigar el proceso de
diferenciación a nivel molecular. Por ejemplo, nosotros encontramos que sólo
células “ingenuas” “frescas” pueden convertirse en PGCs; pero luego de una
semana en condiciones convencionales de crecimiento, éstas pierden una vez más
esta capacidad. Queremos saber el porqué de esto. ¿Qué es lo que vuelve a las
células madre humanas más o menos competentes? y ¿qué exactamente conduce el
proceso de diferenciación una vez que la célula ha sido reprogramada a su
estado más “ingenuo”? Son las respuestas a estas preguntas básicas las que
permitirán finalmente a la tecnología de las células iPS avanzar hasta el punto
que pueda utilizarse en tratamientos médicos”.
Links de interés
