Reprogramación Redux¿ Pueden las células ser manipuladas solo con fuerzas mecánicas para crear células madre?

 Por Anna Azvolinsky, Publicado en The Scientist el 18 de Dicimbre de 2014

Mapa en color de un cuerpo embrionario  mostrando fuerzas de actina (izquierda). El rojo se correlaciona con una mayor fuerza.MENG FANJIE

El campo de las células madre recibió una sacudida este año por las investigaciones sobre la reprogramación de células somáticas hacia pluripotentes sin la ayuda de factores de transcripción, que — dado que, entre otras cosas, no se pudieron reproducir en dos intentos de independientes— finalmente condujo a la retracción de dos trabajos publicados en Nature. Así las cosas, ha supuesto una sorpresa que en el mes pasado, otro equipo afirmara que han reprogramado células somáticas hacia un estado similar a las embrionarias solo mediante la manipulación de fuerzas mecánicas. El trabajo, liderado por investigadores de la Universidad de Buffalo en Nueva York, fue publicado el 24 de noviembre en PNAS.

Fanjie Meng, Frederick Sachs y sus colaboradores del instituto de investigación de Buffalo, demostraron la relación entre el incremento de las fuerzas de la actina (una proteína que forma parte de la red de microfilamentos del esqueleto intracelular) y la transición a un estado similar a una célla madre. El grupo desarrolló un novedoso sensor de transferencia de energía de resonancia fluorescente (FRET) para medir estas fuerzas de actina intracelular.

El estrés mecánico es "un poderoso regulador del comportamiento de la célula," explicó el biólogo Paul Knoepfler de la Universidad de California, Davis, aunque añadió que se necesitan más pruebas de que solo la tensión mecánica puede reprogramar células somáticas en pluripotentes.

Meng, Sachs y sus colegas informaron que cultivando dos líneas celulares de células diferenciadas sobre un sustrato blando habían logrado obtener células con propiedades semejantes a las células madre. La técnica se desarrolló en el laboratorio de Dennis Discher, un ingeniero de la Universidad de Pennsylvania en Filadelfia, cuyo equipo demostró que es posible dirigir células hacia un linaje específico mediante el cambio de las propiedades físicas de la matriz del cultivo celular. En el estudio de Discher, publicado hace ocho años en Cell, las células madre adultas mesenquimales se condujeron hacia linajes celulares específicos dependiendo de la suavidad de la matriz del cultivo en el que crecían. Sin embargo, este trabajo enfatizó el hecho de que son los factores de transcripción los responsables de la reprogramación de las células somáticas. En cambio, el reciente artículo de PNAS demuestra lo contrario — que el cultivo de líneas celulares en una matriz blanda da como resultado, en una alta tasa, la reversión hacia células semejantes a las células madre.

Discher afirmó a The Scientist que la tensión del citoesqueleto de la célula puede influir en el estado de una célula, y que se necesitan más investigaciones para demostrar que la tensión del citoesqueleto de hecho puede promover el paso de las células hacia la pluripotencialidad.

Meng y sus colegas no utilizaron los típicos fibroblastos de ratón en sus experimentos sino más bien trabajaron con dos líneas celulares inmortales, incluyendo las células de riñón embrionario humano (HEK). El cultivo de estas células en un sustrato blando durante tres días dio lugar a cuerpos esféricos embrionarios (EBs). Utilizando su sonda FRET para medir la  tensión de actina intracelular, los investigadores demostraron que los cuerpos esféricos embrionarios habían elevado la tensión de actina en comparación con las células cultivadas sobre un sustrato más firme — vidrio. El efecto, según publica el equipo es que se eleva cinco y 150 veces la expresión de dos factores de transcripción de las células madre, Oct4 y Nanog, respectivamente, en las células EB.

¿Son estos resultados reproducibles?

Cuando Kenneth Ka Ho Lee, el jefe de investigación con células madre en la Universidad China de Hong Kong, trató de replicar la ahora desestimada tecnología de la stimulus-triggered acquisition of pluripotency (STAP), él y sus colegas vieron una superexpresión de los genes Nanog y Oct4 en sus experimentos de control negativo, en el que las células fueron perturbadas mecánicamente por pipeta pero no tratadas con el baño de ácido que los autores de las STAP afirmaron podría utilizarse para reprogramar las células somáticas. Dado este resultado, Lee dijo a The Scientist que la manipulación mecánica puede ayudar a estimular la diferenciación. Pero añadió que su estudio no proporcionaba pruebas suficientes para confirmarlo.

Por su parte, Meng destacó que los experimentos de su equipo no daban lugar a células completamente reprogramadas. «Nuestros datos proporcionan apoyo a que la biomecánica es importante para la reprogramación celular», dijo Meng. «Si estudias la reprogramación de células madre, tienes que pensar en la biomecánica y no sólo en la química de la señalización».

Lee y Knoepfler, que no estuvieron involucrados en el presente estudio, dijeron que les gustaría ver ensayos funcionales para confirmar si estas células semejantes a las células madre son de hecho pluripotentes. Knoepler agregó que hacen falta estudios más comprensivos y un análisis cuantitativo de expresión génica para confirmar la condición de células madre y permitir las comparaciones con las células madre embrionarias (CES) o las inducidas pluripotentes (iPSCs).

Mientras tanto, el biofísico Otger Campàs de la Universidad de California, Santa Barbara, dijo que el estudio confirma una correlación entre el estrés celular y la condición de célula pluripotente. Sin embargo, aún debe demostrarse la causa. «La influencia de las fuerzas mecánicas— en contraste con la mecánica del microambiente — en la diferenciación celular es una idea interesante, aunque no esté probado su veracidad», dijo Campàs.

Campàs señaló que otros investigadores pueden encontrar el sensor FRET para la actina desarrollado por el equipo de Buffalo útil en sus investigaciones de estrés celular, y afirmó que «estos sensores serán ampliamente utilizados en el futuro».

De acuerdo con una declaración de Knoepler a The Scientist, a la luz de la controversia de  este año sobre la STAP, hay una mayor exigencia en relación con los estudios de reprogramación. «Me preocupa en esta publicación y, en general, que el término 'reprogramación' se esté utilizado libremente y sin pruebas definitivas".

Referencia
J. Guo et al., “Actin stress in cell reprogramming,” PNAS, doi:10.1073/pnas.1411683111,2014.