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Células madre pluripotentes inducidas

En 2006, cuando Shinya Yamanaka encontró que la introducción de tan sólo cuatro genes en células normales de piel de ratón hacían que estas fueran pluripotentes - y por lo tanto capaces de generar todos los tipos celulares del cuerpo - la reacción fuese casi de incredulidad. Un año más tarde, él y James Thomson realizaron lo mismo con células humanas. Las unidades humanas pluripotentes no sólo se podrían obtener sin el uso de embriones, sino que también podrían derivar de cualquier persona. Estos avances tenían consecuencias claramente positivas para la terapia celular y la medicina regenerativa, al menos, de momento.

Tres estudios acaban de demostrar que anormalidades genéticas (que afectan al ADN) y alteraciones epigenéticas (que no afectan directamente el ADN) surgen durante la reprogramación o en el cultivo celular posterior. Estas investigaciones utilizaron diferentes técnicas moleculares (unas que medían la variación en el número de copias de los genes y en el ADN, mutaciones puntuales en regiones que codifican proteínas y la metilación del ADN a partir de bases individuales) para examinar distintas líneas de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPS) para determinar cuándo las lesiones surgían, qué genes podrían verse afectados, y si los defectos se asemejaban a las descritos en otros cultivos celulares o en células madre procedentes de embriones humanos, también conocidas como células madre de embriones humanos (hES).

Los resultados de estos estudios son consistentes con otros hallazgos y demuestran que las células hiPS acumulan cambios en una sola base, en subcromosomales y cromosomales, y en el tiempo, algunos de los cuales son los mismos que los descritos en células hES y en células de carcinoma embrionario de humanos. Estas modificaciones incluyen duplicaciones en algunas partes de los cromosomas 12 y 20 y la falla de algunas regiones del genoma que reprograman el estado diferenciado a indiferenciado, dejando marcas características en los fibroblastos de las líneas celulares derivadas de hiPS. Aunque las consecuencias de estas variaciones siguen siendo desconocidas, los cambios son bastante fáciles de detectar y por lo tanto no pueden representar peligro real, ya que las líneas celulares que presentan estos cambios podrían ser excluidas de su uso clínico. De mayor preocupación son las alteraciones más sutiles y mutaciones puntuales que afectan a genes esenciales para el crecimiento celular, la supresión de tumores u otras funciones críticas. De hecho, los ensayos sugieren que las mutaciones en las regiones del genoma propensas a la amplificación, supresión o mutaciones puntuales también poseen regiones asociadas con el control del ciclo celular y el cáncer. Lo más sorprendente fue el hallazgo que, si bien algunas lesiones fueron heredadas de una pequeña minoría de fibroblastos originales, se acumularon muchas más lesiones durante la reprogramación (figura 1). Curiosamente, un buen grupo de éstas desapareció durante el cultivo prolongado, un resultado que podría ser perjudicial para la subpoblación en la que ocurren.

Lesiones genéticas surgen durante la reprogramación de los fibroblastos hacia la pluripotencia (generando células madre pluripotentes inducidas humanas [hiPS] y durante el cultivo prolongado de células hiPS y de células madre embrionarias humanas (hES). Estudios recientes demuestran que, además de las graves alteraciones cromosómicas producidas durante el cultivo de células hiPS y hES (por ejemplo, la duplicación de zonas de los cromosomas 12 y 20), las variaciones del número de copias génicas y mutaciones puntuales pueden ser inducidas en la reprogramación de células somáticas en las hiPS, dando lugar a muchas más lesiones en el ADN (hasta unas 10 veces más) en las células hiPS que en las células somáticas de la cual derivan. Durante el cultivo prolongado, la frecuencia con que estas mutaciones se detectan desciende.

¿Entonces por qué la advertencia? Mientras no se sepa si estos cambios apenas perceptibles tienen alguna importancia funcional, probablemente sería desacertado utilizar las células clínicamente. Todas las células madre pluripotentes, como la células hES y hiPS, poseen una capacidad intrínseca para formar teratomas después del trasplante, por lo que cualquier residuo de células indiferenciadas comprometen la seguridad del paciente. Por lo tanto, es muy importante considerar otras formas de comportamiento anormal derivadas de las lesiones e introducidas como consecuencia de la reprogramación.

Aunque las células hiPS se pueden obtener de cualquier paciente y, por tanto, ser utilizadas de manera autóloga, esta forma "personalizada" de terapia probablemente sería extraordinariamente costosa debido a los altos costos asociados con los controles de seguridad y producción celular. Por el contrario, generalmente se espera que los bancos de células, al igual que los utilizados para la sangre de cordón umbilical, se establezcan a partir de que los médicos podrían aprovecharlos para su paciente en particular. Si se pudiesen establecer ciertos análisis (sobre la base de las técnicas descritas en los recientes informes), las células hiPS podrían ser examinadas antes de su deposición en los bancos celulares y así seleccionarlas con algún grado de certeza de que no lleven mutaciones.

Una aplicación más inmediata de las células hiPS es su uso en modelos para enfermedades humanas. Por ejemplo, existen varios informes de líneas celulares hiPS para cada paciente específico con mutaciones heredadas en los genes de los canales iónicos que causan la muerte súbita como consecuencia de un ritmo cardíaco anormal. Los cardiomiocitos obtenidos mediante la inducción de diferenciación en estas líneas celulares hiPS muestran características de enfermedad similares a las de los pacientes de las que fueron derivadas, incluyendo una mayor sensibilidad a determinados medicamentos. ¿Pero, son los fenotipos en los cardiomiocitos derivados de células hiPS realmente los culpables de la mutación en el paciente y no de alguna otra mutación introducida durante la reprogramación? La demostración que la "enfermedad " fenotípica puede ser genéticamente "rescatada" de forma rápida podría ser un control requerido. La eliminación del alelo mutante, la sobreexpresión del gen de tipo salvaje o el reemplazo de la mutación por medio de la manipulación genética representaría la estrategia más eficaz para mediar el rescate y evaluar causa y efecto.

El descubrimiento de la reprogramación directa sigue siendo un gran avance, pero es necesario redoblar los esfuerzos para obtener células hiPS más avanzadas en comparación a las células hES (que siguen siendo las células pluripotentes mejor caracterizadas) a fin de aprovecharlas al máximo.