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(noticias nanowerk) Investigadores de PSI y ETH Zurich tomaron células del tejido conectivo reprogramadas mecánicamente para parecerse a células madre y las trasplantaron a piel dañada. En su experimento de laboratorio pudieron demostrar que esto puede favorecer la cicatrización de heridas.
Las tesis centrales
Investigación
A través de un estímulo mecánico sorprendentemente simple, las células corporales maduras pueden volver a convertirse en células jóvenes similares a células madre. Con este método, los investigadores han logrado reprogramar parcialmente fibroblastos y trasplantarlos con éxito en un modelo hecho de tejido de piel viejo y dañado en un experimento de laboratorio. Pudieron demostrar que el modelo de tejido de la piel en realidad se puede rejuvenecer y que las lesiones se curan mejor.
Los investigadores dirigidos por GV Shivashankar, jefe del Laboratorio de Biología a Nanoescala del PSI y profesor de Mecanogenómica en la ETH Zurich, han publicado sus resultados en la revista Célula envejecida (“Implantación de fibroblastos reprogramados mecánicamente para la regeneración de tejidos envejecidos y la cicatrización de heridas”).
Truco sencillo para una mejor cicatrización de heridas
Los fibroblastos aún no son células completamente diferenciadas, lo que significa que pueden desarrollarse en diferentes tipos de tejido conectivo. Desempeñan un papel importante en la regeneración de la piel y la cicatrización de heridas. Shivashankar y su equipo lograron convertir estos fibroblastos nuevamente en células parcialmente similares a células madre. A diferencia de las células madre reales, las llamadas células madre pluripotentes, que pueden desarrollarse en casi cualquier tipo de célula, los fibroblastos similares a las células madre se limitan al tejido conectivo. Sin embargo, se encuentran en un estado más básico y se desarrollan de manera aún más diferente que los fibroblastos reales. Lo especial de esta tecnología es que los investigadores no utilizaron ingeniería genética ni productos químicos, sino que reprogramaron completamente las células mediante estimulación mecánica.
Para ello, primero incrustaron los fibroblastos en una matriz hecha de fibronectina, una proteína a la que se pueden unir las células. Debido a la estrecha red de la matriz, durante la división celular sólo hay espacio para unos cuatro fibroblastos por carcasa. Si los fibroblastos continúan dividiéndose, se ven obligados a expandirse en la tercera dimensión, es decir, hacia arriba.
«Lo sorprendente es», dice GV Shivashankar, «que la información almacenada sobre su forma y función parece perderse durante esta transición». En cierto sentido, olvidan para qué estaban allí originalmente». Por lo tanto, los fibroblastos se convierten en tallo células similares a células porque simplemente crecen en condiciones espacialmente limitadas.
«Es importante elegir la densidad de la matriz de modo que la célula original no se comprima, de lo contrario la célula moriría», continúa Shivashankar. “Es posible que la célula sólo encuentre la barrera cuando se divide; luego se transformará”. Y las pruebas muestran que lo hace de manera extremadamente eficiente. Los investigadores obtuvieron una gran cantidad de fibroblastos similares a células madre con relativa facilidad. Shivashankar y sus colegas publicaron estos resultados provisionales en 2018 y 2020.
El presente estudio se basa en su éxito anterior. En su experimento, los investigadores tomaron células envejecidas de piel real, las reprogramaron en fibroblastos similares a células madre utilizando su técnica y luego las insertaron en un modelo hecho a partir de tejido de piel viejo y lesionado en el laboratorio. Y «las células comenzaron a producir nuevamente más proteínas para formar nueva piel». La regeneración y la curación de las heridas fueron significativamente más rápidas en comparación con el trasplante de células sin cambios», informa Shivashankar. La reprogramación también eliminó los errores funcionales que se habían acumulado en el proceso de envejecimiento de las células viejas. Al igual que reformatear un disco duro, la ejecución de los programas recién instalados vuelve a ser más rápida.
Una alternativa a los trasplantes de piel establecidos
La investigación del grupo está motivada por el hecho de que las terapias actuales para lesiones cutáneas extensas son limitadas. Para las quemaduras, por ejemplo, se utilizan las llamadas terapias celulares: en ellas se extrae tejido sano de otras partes del cuerpo del paciente y se trasplanta a la zona lesionada. Alternativamente, se puede trasplantar tejido celular de otra persona. Sin embargo, ambos métodos tienen sus limitaciones. El tejido trasplantado de un donante puede provocar una reacción de rechazo. Y a menudo resulta difícil para las personas mayores mantener una cantidad suficiente de su propia piel.
Los fibroblastos similares a células madre parcialmente reprogramados ofrecen una solución. Su característica distintiva es que están indiferenciados, en un estado juvenil, por así decirlo. Dependiendo del entorno en el que se encuentren, madurarán hasta convertirse en diferentes tipos de células, incluidas las células de la piel.
Reprogramación sin ingeniería genética
La idea de reprogramar células se remonta a 2006. En ese momento, el investigador japonés Shinya Yamanaka encontró una manera de manipular genéticamente células maduras para convertirlas nuevamente en células madre. El descubrimiento causó revuelo porque hasta entonces se consideraba imposible. Hasta ahora, las células madre se obtenían de la médula ósea o de la sangre de donantes, por ejemplo para tratar el cáncer de sangre. Sin embargo, Yamamaka descubrió cuatro genes que desencadenan la reprogramación de una célula: los llamados “factores Yamanaka”. Cuando se implantan en una célula, se crea la llamada célula iPS (célula madre pluripotente inducida). Yamanaka recibió el Premio Nobel de Medicina en 2012 por su descubrimiento.
Desde entonces, numerosos equipos de todo el mundo han estado estudiando cómo se pueden utilizar las células iPS en terapias celulares y si existen otras formas de revertir su desarrollo además de la ingeniería genética. La manipulación genética sigue siendo éticamente controvertida. También se ha demostrado que las células iPS tienden a proliferar de forma similar a un tumor. Algunos grupos de investigación están trabajando para prevenir este efecto secundario. Otros exploran métodos bioquímicos en lugar de ingeniería genética; En este caso, la transformación en células madre se desencadena mediante la introducción de moléculas especiales. El grupo de Shivashankar en PSI, a su vez, es líder mundial en reprogramación mecánica.
De interés en medicina y cosmética.
Una de las cuestiones que actualmente investiga el grupo PSI es la de los mecanismos exactos que provocan la reprogramación como consecuencia del confinamiento. Durante muchos años, Shivashankar y su equipo han estado estudiando cómo se relaciona la geometría celular con la expresión genética. Dependiendo de cómo esté empaquetado y potencialmente restringido el ADN en el núcleo, es posible que ciertos genes no sean legibles, lo que a su vez conduce a ciertas enfermedades. En el marco de estos estudios, el grupo utilizó inteligencia artificial para enseñar a un programa informático a reconocer las características correspondientes en las imágenes de los núcleos celulares y así mejorar la detección temprana de enfermedades.
Para completar los resultados de la investigación actual sobre la curación de heridas, el equipo está planificando experimentos con piel humana real que no se cultivó en el laboratorio. Shivashankar confía en que podrán repetir su éxito anterior.
Además, estos hallazgos no sólo beneficiarán a las aplicaciones médicas. «También son concebibles aplicaciones cosméticas», afirma Shivashankar, «porque en principio podemos crear tejido nuevo a partir de tejido viejo». Además del tejido de la piel, también es concebible la regeneración de células musculares o cerebrales. «En cualquier caso, el método tiene el potencial de ayudarnos a envejecer de forma más saludable».
Además, la técnica es tan sencilla que en principio cualquier estudiante de medicina puede utilizarla. Y corresponde a la tendencia general hacia la medicina personalizada, en la que las sustancias se adaptan a cada paciente. En este caso, se trata en realidad de células del propio paciente y no se introducen sustancias extrañas.
Tras la publicación del primer artículo, varias empresas farmacéuticas expresaron interés en seguir desarrollando el proceso. Aunque todavía pasarán algunos años antes de que haya aplicaciones clínicas, Shivashankar se muestra confiado: «Estamos muy entusiasmados de ver adónde nos llevará esta investigación».
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