Nueva tecnología para la derivación de líneas de células madre pluripotentes humanas para uso clínico

Desde su descubrimiento hace once años, ha habido un progreso constante hacia la aplicación de células madre embrionarias humanas (ES) en medicina. Ahora, el campo está en el umbral de una nueva era. Resultados recientes de varios laboratorios muestran que las células de la piel humana se pueden convertir en células parecidas a las células ES mediante simples manipulaciones genéticas en el laboratorio. Actualmente hay mucho entusiasmo sobre estas células madre pluripotentes inducidas (iPS), que podrían tener ventajas sobre las células ES en el estudio y tratamiento de enfermedades. Sin embargo, todavía no comprendemos lo suficiente su naturaleza y potencial para estar seguros de que pueden reemplazar a las células ES en investigación y terapia. Por este motivo, es importante seguir desarrollando nuevas líneas de células ES y comparar sus propiedades con las de las células iPS. Los avances tecnológicos en la investigación de células ES ahora nos permiten cultivar células madre en condiciones mucho más adecuadas para su uso futuro en pacientes que las utilizadas para desarrollar las primeras líneas de células ES. Sin embargo, estas nuevas metodologías se han desarrollado y probado en su mayor parte con un puñado de líneas celulares ES establecidas desde hace mucho tiempo en el Registro de los NIH. En el primer año de esta subvención, nos hemos centrado en nuevas tecnologías para derivar y propagar líneas celulares ES e iPS. Uno de nuestros objetivos era obtener estas líneas en condiciones definidas (donde se conocen todos los aditivos químicos y proteicos utilizados en los cultivos celulares) y sin el uso de productos animales. El uso de sistemas de cultivo definidos significa que las células se pueden producir de forma estandarizada y consistente y que no están presentes componentes desconocidos y potencialmente peligrosos. La eliminación de productos animales reduce la posibilidad de que aditivos como suero animal o células auxiliares de animales puedan transmitir agentes causantes de enfermedades, como virus, a las células madre. Primero adaptamos la tecnología láser para aislar la parte del embrión que da lugar a cultivos de células ES, un paso importante en la derivación de células madre. Esta tecnología reemplaza el uso de anticuerpos fabricados en animales. Luego desarrollamos y probamos con éxito un medio definido para el crecimiento de células madre. El nuevo medio apoyó la propagación robusta a largo plazo de células madre sin causar cambios genéticos nocivos en las células, y es una formulación muy simple, libre de productos animales y que contiene solo unos pocos componentes proteicos definidos. Las técnicas actuales para obtener células iPS requieren la modificación genética de las células adultas, un procedimiento que conlleva el riesgo de inducir cambios en las células madre que hacen que formen tumores cuando se inyectan en un huésped. Hemos utilizado con éxito estas técnicas para crear líneas celulares iPS en nuestro laboratorio. Sin embargo, debido a los riesgos asociados con la modificación genética, hemos explorado métodos alternativos para producir células iPS. Un enfoque prometedor es introducir el contenido de una célula ES en la célula adulta mediante una técnica llamada fusión de citoplastos. Este método es similar al utilizado en la clonación de animales, cuando el contenido de un óvulo se introduce en una célula adulta para reprogramarla para que se comporte como una célula embrionaria temprana. Los componentes del óvulo o de la célula ES pueden restablecer la célula adulta a un estado embrionario. Superamos algunos desafíos técnicos y desarrollamos con éxito técnicas para mezclar el contenido de las células ES en células adultas. Desafortunadamente, aunque el material de las células ES provocó cierta reprogramación de la célula adulta al estado embrionario, el proceso fue incompleto y no se obtuvieron células iPS auténticas. Ahora estamos buscando una tecnología alternativa desarrollada por varios grupos durante el año pasado, que utiliza un tipo de modificación genética en células adultas que puede borrarse una vez que se desarrollan las células iPS. En el próximo año de nuestra subvención, aplicaremos nuestra nueva tecnología de derivación y propagación de células para producir células ES e iPS en condiciones óptimas, y comenzaremos a comparar las propiedades de los dos tipos de células para ver si realmente son idénticos en su comportamiento.

Desde su descubrimiento hace once años, ha habido un progreso constante hacia la aplicación de células madre embrionarias humanas (ES) en medicina. Ahora, el campo está en el umbral de una nueva era. Resultados recientes de varios laboratorios muestran que las células de la piel humana se pueden convertir en células parecidas a las células ES mediante simples manipulaciones genéticas en el laboratorio. Actualmente hay mucho entusiasmo sobre estas células madre pluripotentes inducidas (iPS), que podrían tener ventajas sobre las células ES en el estudio y tratamiento de enfermedades. Sin embargo, todavía no comprendemos lo suficiente su naturaleza y potencial para estar seguros de que pueden reemplazar a las células ES en investigación y terapia. Por este motivo, es importante seguir desarrollando nuevas líneas de células ES y comparar sus propiedades con las de las células iPS. Los avances tecnológicos en la investigación de células ES ahora nos permiten cultivar células madre en condiciones mucho más adecuadas para su uso futuro en pacientes que las utilizadas para desarrollar las primeras líneas de células ES. En el segundo año de esta subvención, hemos perfeccionado y validado nuevas tecnologías para derivar y propagar líneas celulares ES e iPS. Uno de nuestros objetivos era obtener estas líneas en condiciones definidas (donde se conocen todos los aditivos químicos y proteicos utilizados en los cultivos celulares) y sin el uso de productos animales. El uso de sistemas de cultivo definidos significa que las células se pueden producir de forma estandarizada y consistente y que no están presentes componentes desconocidos y potencialmente peligrosos. La eliminación de productos animales reduce la posibilidad de que aditivos como suero animal o células auxiliares de animales puedan transmitir agentes causantes de enfermedades, como virus, a las células madre. Nuestro sistema de cultivo está completamente definido y se basa en una vía molecular totalmente nueva para mantener la propagación de células madre que hemos descubierto. Ahora hemos validado completamente el sistema para el apoyo a largo plazo de células madre pluripotentes humanas. Derivar nuevas líneas de células madre embrionarias a partir de embriones puede ser más exigente que mantener líneas existentes. Estamos en el proceso de derivar nuevas líneas de células ES utilizando otro sistema que todavía emplea células auxiliares (células alimentadoras) pero que no tiene productos animales (condiciones libres de xeno). Hemos utilizado con éxito este sistema para derivar iPSC (a continuación). Las técnicas actuales para obtener células iPS requieren la modificación genética de las células adultas, un procedimiento que conlleva el riesgo de inducir cambios en las células madre que hacen que formen tumores cuando se inyectan en un huésped. Hemos utilizado con éxito estas técnicas para crear líneas celulares iPS en nuestro laboratorio y hemos desarrollado cuatro nuevas líneas iPSC que se distribuyen a través de nuestro laboratorio compartido CIRM. Sin embargo, debido a los riesgos asociados con la modificación genética, hemos explorado métodos alternativos para producir células iPS. Ahora hemos creado cinco líneas de iPSC utilizando tecnología que nos permite eliminar la modificación genética después del evento de reprogramación. Estas líneas celulares se obtuvieron en condiciones libres de xeno. En el último año de esta subvención, completaremos la derivación y caracterización de líneas de células ES e iPS en condiciones idénticas, y compararemos cuidadosamente las propiedades de estos dos tipos de células madre pluripotentes.

El objetivo general de este estudio fue desarrollar nuevas tecnologías para producir líneas de células madre pluripotentes humanas en condiciones óptimas para uso clínico futuro. En el último año de este estudio, utilizamos un nuevo sistema de cultivo validado en nuestro laboratorio en los años 1 y 2 de esta subvención para derivar una línea de células madre embrionarias humanas y aproximadamente 25 líneas de células madre pluripotentes inducidas por humanos en condiciones completamente libres de productos animales, una consideración importante para la terapia. Las líneas celulares derivadas en estas condiciones mostraron todas las características esperadas de las líneas de células madre pluripotentes humanas, lo que demuestra una clara prueba de concepto para este enfoque. En una segunda serie de experimentos, abordamos otro obstáculo para el uso de células madre pluripotentes inducidas en investigación y terapia. La producción eficiente y de alto rendimiento de células madre pluripotentes inducidas por humanos para el establecimiento de bancos de compatibilidad de tejidos requerirá una selección muy eficiente de líneas celulares completamente reprogramadas. Sin embargo, después de la reprogramación, sólo una pequeña proporción de líneas de células madre son verdaderamente pluripotentes. Identificamos nuevos marcadores de superficie celular que nos permiten aislar prospectivamente colonias de células madre que están completamente reprogramadas al estado pluripotente.