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 biológico 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 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”.
