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Investigadores transforman células cutáneas humanas directamente en neuronas motoras

Jueves 14 Septiembre, 2017 en  Ciencia y Tecnología

La técnica hace posible estudiar las neuronas motoras del sistema nervioso central humano en el laboratorio.

neuronas

(El Economista) Científicos que trabajan para desarrollar nuevos tratamientos para las enfermedades neurodegenerativas se han visto obstaculizados por la incapacidad de desarrollar neuronas motoras humanas en el laboratorio. Las neuronas motoras impulsan las contracciones musculares y su daño subyace a enfermedades devastadoras como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la atrofia muscular espinal, que, en última instancia, conducen a la parálisis y la muerte prematura.

En una nueva investigación, investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, en Estados Unidos, han convertido células de la piel de adultos sanos directamente en neuronas motoras sin pasar por un estado de células madre. La técnica hace posible estudiar las neuronas motoras del sistema nervioso central humano en el laboratorio.

A diferencia de las neuronas motoras comúnmente estudiadas, las neuronas motoras humanas cultivadas en el laboratorio serían una nueva herramienta, ya que los investigadores no pueden tomar muestras de estas neuronas de personas vivas, pero pueden tomar fácilmente muestras de piel, explican los autores, cuyo trabajo se publica este jueves en la revista ‘Cell Stem Cell’.

Evitar la fase de células madre elimina las preocupaciones éticas planteadas al producir lo que se llama células madre pluripotentes, que son similares a las células madre embrionarias en su capacidad para convertirse en todos los tipos de células adultas. Y lo que es más importante, evitar un estado de célula madre permite que las neuronas motoras resultantes mantengan la edad de las células originales de la piel y, por lo tanto, la edad del paciente.

Mantener la edad cronológica de estas células es vital en el estudio de las enfermedades neurodegenerativas que se desarrollan en personas de diferentes edades y empeoran a lo largo de décadas. “En este estudio, sólo usamos células de la piel de adultos sanos desde el inicio de sus 20 años hasta finales de los años 60″, dice el autor Andrew S. Yoo, profesor asistente de Biología del Desarrollo.

ENTENDER MEJOR LAS PATOLOGÍAS

“Nuestra investigación reveló cómo pequeñas moléculas de ARN pueden trabajar con otras señales celulares llamadas factores de transcripción para generar tipos específicos de neuronas, en este caso neuronas motoras. En el futuro, nos gustaría estudiar células de la piel de pacientes con trastornos de las neuronas motoras. Nuestro proceso de conversión debe modelar los aspectos de aparición tardía de la enfermedad utilizando las neuronas derivadas de los pacientes con la enfermedad”, añade.

“Volver a través de una fase de células madre pluripotentes es un poco como demoler una casa y construir una nueva desde cero –dice Yoo–. Lo que estamos haciendo es más bien una renovación, cambiamos el interior, pero dejamos la estructura original, conservando las características de las neuronas adultas envejecidas que queremos estudiar”.

La capacidad de los científicos para convertir las células de la piel humana en otros tipos de células, como las neuronas, tiene el potencial de mejorar la comprensión de la enfermedad y llevar a encontrar nuevas formas de curar tejidos dañados y órganos, un campo llamado medicina regenerativa.

Para convertir las células de la piel en neuronas motoras, los investigadores expusieron las células de la piel a las señales moleculares que suelen estar presentes en altos niveles en el cerebro. El trabajo anterior de Yoo y sus colegas –entonces en la Universidad de Stanford, Estados Unidos– demostró que la exposición a dos fragmentos cortos de ARN convirtió las células de la piel humana en neuronas. Estos dos microARNs –llamados miR-9 y miR-124– están involucrados en re-empaquetar las instrucciones genéticas de la célula.

En este trabajo, los científicos caracterizaron ampliamente este proceso de re-empaquetado, detallando cómo las células de la piel reprogramadas en neuronas genéricas pueden ser guiadas a tipos específicos de neuronas. Así, encontraron que los genes implicados en este proceso se preparan para la expresión, pero permanecen inactivos hasta que se proporciona la correcta combinación de moléculas.

Después de mucha experimentación con múltiples combinaciones, los investigadores descubrieron que añadir dos señales más a la mezcla –los factores de transcripción llamados ISL1 y LHX3– convirtió las células de la piel en neuronas motoras de la médula espinal en unos 30 días.

La combinación de señales -los microARNs miR-9 y miR-124 más los factores de transcripción ISL1 y LHX3– indica a la célula que pliegue las instrucciones genéticas para la fabricación de la piel y despliegue las instrucciones para la fabricación de las neuronas motoras, según Yoo y los co-primeros autores, Daniel G. Abernathy y Matthew J. McCoy, estudiantes de doctorado en el laboratorio de Yoo; y Woo Kyung Kim, investigador postdoctoral.

Otro estudio del equipo de Yoo mostró que la exposición a los mismos dos microARN, miR-9 y miR-124, además de una mezcla diferente de factores de transcripción podría convertir las células de la piel en un tipo diferente de neurona. En ese caso, las células de la piel se convierten en neuronas espinosas medias, que se ven afectadas en la enfermedad de Huntington, un trastorno genético heredado, eventualmente fatal que causa movimientos musculares involuntarios y declive cognitivo en la edad adulta.

En el nuevo estudio, los investigadores dijeron que las neuronas motoras convertidas se compararon favorablemente con las neuronas motoras normales del ratón, en términos de los genes que se activan y desactivan y cómo funcionan.

Pero los científicos no pueden estar seguros de que estas células coinciden perfectamente con neuronas motoras nativas humanas, ya que es difícil obtener muestras de neuronas motoras cultivadas de individuos adultos. Se requiere estudiar muestras de neuronas donadas de pacientes después de la muerte para determinar cómo imitan exactamente estas células a las neuronas motoras nativas del ser humano.


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