Recerca en cèl•lules mare d’investigadors avui a l’IRBLleida
L’establiment de les primeres línies de cèl·lules mare embrionàries humanes per part de Thompson i col·laboradors l’any 1998 va obrir les portes a tot un món de possibilitats per a la medicina regenerativa i l’industria farmacèutica. El principals esculls amb que es topava la possibilitat d’emprar aquestes cèl·lules en futures teràpies regeneratives eren principalment dos: un de tipus ètic, ja que hi ha gent que considera il·lícit emprar cèl·lules que provinguin de blastocists (estructura primerenca del desenvolupament dels vertebrats que conte cèl·lules capaces de donar lloc a qualsevol teixit adult), i un altre de pràctic, ja que els teixits generats en el laboratori poden presentar problemes de rebuig. Tots aquest inconvenients van esvair-se l’any 2007, quan el Doctor Shinya Yamanaka va establir un protocol per obtenir cèl·lules mare humanes a partir de cèl·lules adultes, tècnica que és coneguda com “reprogramació cel·lular” o “creació de cèl·lules mare induïdes (CMi)”. La importància d’aquests resultats radica en el fet que es poden utilitzar cèl·lules diferenciades del propi pacient per obtenir CMi, eliminant qualsevol possibilitat de rebuig dels teixits generats i evitant l’ús de blastocists. Aquests treballs han valgut perquè enguany se li hagi atorgat el Nobel de Medicina al Doctor Yamanaka.
Tot i aquests importants avenços, per a poder emprar aquestes cèl·lules en possibles teràpies regeneratives calen uns protocols específics i eficients que dirigeixin les CMi cap als llinatges cel·lulars desitjats, i en el cas del sistema nerviós central, degut a la seva alta complexitat i variabilitat cel·lular, és on això cobra especial importància.
Les malalties del sistema nerviós, incloent trastorns congènits, càncer i malalties neurodegeneratives afecten a milions de persones de totes les edats. Els tractaments actuals tenen per objecte frenar l’evolució de la malaltia i limitar-ne els danys causats, però l’ús de teràpies de reemplaçament cel·lular ofereix la possibilitat de restaurar la funció perduda. En aquest sentit s’han invertit molts esforços en obtenir cèl·lules pel tractament de malalties en que una única població neuronal està afectada, com és el cas del Parkinson (neurones dopaminèrgiques), o la malaltia de Huntington (Neurones Espinoses Mitjanes (NEMs)). Altres malalties on les poblacions de neurones afectades son diverses (Alzheimer) o be no està del tot clar quines són les neurones implicades en l’origen (Epilèpsia o Esquizofrènia) també podrien beneficiar-se de les teràpies cel·lulars. Per això és important ser capaços d’obtenir tots els tipus de llinatges neuronals, cosa gens senzilla si considerem que només en l’escorça cerebral hi han més de 16 tipus de neurones. Tant important com dirigir les neurones a un llinatge determinat és aconseguir que aquestes es diferenciïn totalment, es a dir, que adquireixin unes propietats electrofisiològiques especifiques i que perdin la seva capacitat de dividir-se. Una de les “proves de foc” per garantir això consisteix en injectar en cervells de ratolí les neurones produïdes, comprovar que estableixen contactes amb les neurones presents i que no produeixen tumors.
Amb la finalitat d’aprofundir i aprendre quelcom mes d’aquest nou camp vaig iniciar la meva estada postdoctoral al laboratori d’Embriologia Molecular del Doctor Tristán Rodríguez, situat al Medical Research Council Clinical Sciences Centre (MRC-CSC) de l’Hospital de Hammersmith, a Londres. Durant els 4 anys que va durar el nostre treball varem emprar cèl·lules mare de ratolí, cèl·lules mare humanes y també CMi per analitzar l’efecte de diferents morfògens (molècules implicades en dirigir poblacions de cèl·lules cap a un llinatge determinat) en cèl·lules mare diferenciades cap a precursors neuronals. Varem observar que l’adició del morfogen Activina feia que els precursors neuronals deixessin de dividir-se i esdevinguessin neurones diferenciades d’una manera ràpida i eficient, cosa que el feia força atractiu per a ser emprat en diferents protocols de diferenciació neuronals ja establerts. Aprofundint una mica més en els efectes de l’Activina sobre la diferenciació neuronal, es va constatar que les cèl·lules no només es diferenciaven abans, sinó que paral·lelament a aquesta diferenciació hi havia una maduració electrofisiològica avançada. Com ja s’ha dit abans, tant important es assolir una diferenciació complerta, com que aquesta sigui dirigida, es a dir, que les cèl·lules adquireixin un llinatge concret. Mitjançant tècniques moleculars i immunocitoquímiques es van analitzar els cultius, y varem demostrar que aquests ens proporcionaven un increment important en interneurones Calretinina positives. Finalment aquestes neurones es van implantar en cervells de ratolí adult i es va demostrar la seva capacitat de migrar cap a l’escorça cerebral i d’establir contactes amb les neurones allí presents. Es a dir, vam mostrar que aquestes neurones podien integrar-se en teixit adult, podent esdevenir una eina important per a ser emprada en tractaments de malalties causades per una disfuncionalitat de les interneurones, com ara l’esquizofrènia, l’autisme i l’epilèpsia. Els resultats d’aquest treball han estat recentment publicats a la revista Nature Communications.
Una peculiaritat dels morfògens, es que emprats a diferents temps o diferents concentracions poden donar lloc a diferents llinatges cel·lulars (dins de determinats límits). En el nostre cas, varem observar que durant el desenvolupament del cervell les interneurones Calretinina positives emergeixen d’una zona propera a la de on sorgeixen les NEMs (danyades en pacients de Huntington), i que en estadis immadurs ambdues son força similars, així que es va adaptar el protocol per a obtenir NEMs partint de cèl·lules mare humanes. Desprès de varies proves varem observar que afegint Activina uns dies mes tard, però mantenint-la al cultiu durant mes temps, aconseguíem que les cèl·lules mare esdevinguessin majoritàriament NEMs. Aquestes NEMs produïdes al laboratori, no nomes expressaven tots els marcadors moleculars propis de les presents al cervell (DARPP32, CTIP2, FOXP1 etc…), sinó que també presentaven una maduresa electrofisiològica. Finalment, per demostrar que eren funcionals i aptes per a possibles teràpies regeneratives, es van implantar en rates a les quals se’ls havia eliminat gran part de les NEMs, simulant malaltia de Huntington. El primer bon resultat va ser que, a diferencia de publicacions prèvies, les cèl·lules tractades amb Activina no mostraven creixement tumoral. El segon, encara en fase de proves, es que les rates a les que s’implanten cèl·lules diferenciades amb Activina presenten una millora significativa dels defectes motors induïts per la manca de NEMs i propis de la malaltia de Huntington.
Aquests treballs, no només han servit per obtenir dos poblacions neuronals que fins ara s’havien resistit a esser derivades “in vitro”, sinó que també han presentat Activina com un important morfogen neuronal, capaç tant d’accelerar el procés de diferenciació com d’induir una diferenciació terminal complerta, evitant l’aparició de tumors quan les neurones son trasplantades.
El fet d’haver posat a punt aquests protocols de diferenciació i els coneixements adquirits durant aquest temps, ens permet situar-nos en una posició privilegiada de cara a encetar noves línies de recerca al IRB Lleida. Actualment disposem de varies línies cel·lulars de CMi de pacients amb Huntington i altres línies de CMi de persones no afectades per la malaltia. En un futur es poden emprar totes aquestes eines per tal d’entendre millor l’origen i la historia natural de la malaltia, mirar si hi ha una afectació de les NEMs en estadis primerencs de la diferenciació neuronal, induir o eliminar l’expressió de proteïnes involucrades en la mort neuronal, analitzar l’efecte de diferents insults (estrès oxidatiu, químic, etc..) en la supervivència de les NEMs o testar diferents fàrmacs que més tard poden ser utilitzats per pal·liar o aturar la progressió de la malaltia. D’aquesta manera aconseguiríem que també en el camp de la investigació en cèl·lules mare l’IRB Lleida tingues una presencia destacada. ♦
Dr. Serafí Cambray Carner. Investigador Postdoctoral de l’IRB Lleida
