El Nobel de Medicina 2012, un galardón para la Medicina reparadora con connotaciones éticas

Por Nicolás Jouve, Catedrático de Genética, Presidente de CíViCa. Publicado en Páginas Digital el 10 de Octubre de 2012
 
Hacia finales de los años sesenta, el inglés John Gurdon [1, 2], estudiaba el desarrollo embrionario mediante unos experimentos de clonación en sapos. Para ello, ensayó la extracción de núcleos de células somáticas del epitelio intestinal de renacuajos del sapo africano Xenopus laevis, y su trasplante posterior a ovocélulas no fertilizadas de la misma especie, a las que previamente se había extirpado el núcleo. La implantación artificial del núcleo somático y, por lo tanto, con una dotación diploide de cromosomas, se realizaba con una micropipeta, tratando de no dañar las células receptoras. Tras el trasplante, transcurridas varias divisiones de segmentación in vitro, el embrión alcanzaba el estado de blastocisto, un embrión de un centenar de células que habría de continuar su desarrollo hasta convertirse en un sapo adulto. Sin embargo, John Gurdon llevó a cabo la disociación de las células del blastocisto, los llamados blastómeros, extrajo sus núcleos que tendrían una dotación cromosómica y una información genética idéntica entre sí por proceder de un único núcleo procedente a su vez del núcleo somático inicial y se implantaron en una batería de huevos enucleados. De aquí se obtenía un clon de individuos idénticos entre sí e idénticos a los individuos donantes del núcleo.
 

Los experimentos de John Gurdon, con algunas complicaciones experimentales que no vienen al caso, sirvieron para conocer la capacidad de reprogramación de un núcleo procedente de una célula intestinal y su capacidad generar un nuevo embrión (totipotencialidad). Este experimento, que después ha servido de modelo para la tecnología del trasplante nuclear que dio lugar a la oveja Dolly, es demostrativo de que el núcleo de una célula somática adulta guarda toda la información genética necesaria para el desarrollo de un ser adulto, un clon, siendo en esta capacidad equivalente a un cigoto recién fecundado.

Más recientemente, En una línea de investigación diferente, en busca de las causas genéticas de la diferenciación celular, el Dr, John Gurdon y sus colaboradores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), publicaban un trabajo en Current Biology en Julio de 2003, que demostraba la posibilidad de activar un gen llamado Oct-4 en células procedentes de tejidos adultos. Se trata de un gen que está normalmente activo en las células embrionarias pero no en las de adulto, siendo a su vez el gen más característico y diagnóstico de las células madre pluripotentes [3]. En su trabajo los autores concluyeron que la capacidad de activar este gen supondría un paso de gran interés hacia el establecimiento a largo plazo de un procedimiento de reprogramación celular, realmente accesible en células humanas de adulto, con fines terapeuticos de regeneración celular.

La reprogramación celular mediante la activación de genes es el escenario al que se refieren los trabajos del segundo galardonado con el Nobel de Medicina 2012. Mediante una serie de experimentos, Shinya Yamanaka, del Departamento de Células Madre de la Universidad de Kyoto y sus colaboradores han demostrado que las células diferenciadas pueden ser reprogramadas de nuevo a un estado embrionario. Sus primeros trabajos, desarrollados en ratón, consistieron en la fusión de células somáticas adultas con células madre embrionarias. De este modo, los investigadores japoneses Kazutoshi Takahashi y Shinya Yamanaka, del Departamento de Células Madre de la Universidad de Kyoto, demostraron satisfactoriamente la posibilidad de inducir fibroblastos embrionarios o de adulto hacia células madre pluripotentes de ratón, por modificación de cuatro factores genéticos: Oct3/4, Sox2, c-Myc y Klf4, en las condiciones de los cultivos de las células madre embrionarias [4].

Estas células, que se denominaron iPS (=induced pluripotent stem), presentan la morfología y las propiedades de crecimiento de las células madre embrionarias y también expresan proteínas propias de dichas células. Sin embargo, el trasplante subcutáneo de células iPS en ratones causaba tumores, que afectaban a una variedad de tejidos de las tres capas germinales, ectodermo, mesodermo y endodermo. Por otra parte, la inyección de las células iPS en blastocistos de ratón, generaban el desarrollo embrionario, lo cual demuestra que se pueden producir células madre pluripotentes directamente a partir de cultivos de fibroblastos, a los que se ha estimulado la actividad de unos pocos genes bien definidos. El dato importante es la posibilidad de conseguir la reprogramación genética de células adultas diferenciadas hasta convertirlas en células madre, equivalentes a las embrionarias a partir, en este caso, de fibroblastos. Sin embargo, esta tecnología no adelantaría en los aspectos técnicos ni éticos, al trabajar con sistemas celulares proliferantes que pueden generar tumores y al intervenir embriones en el trabajo experimental.

Por ello, los mismos investigadores siguieron investigado hasta lograr desprogramar células de piel y fibroblastos humanos prescindiendo del gen c-MYC [5], utilizando solo los tres genes restantes y sin recurrir a la fusión con células embrionarias. El resultado extraordinario de estas investigaciones es que los ratones a los que se trasplantaban las células derivadas no desarrollan tumores [6],

De hecho, tras el extraordinario avance de la reprogramación genética del grupo de Yamanaka en Japón y de las células diferenciadas, muchos investigadores manifestaron su intención de abandonar la utilización de las células madre embrionarias y reorientar sus inv4stigaciones en esta dirección. El resultado de estas investigaciones es muy importante al haberse conseguido que células somáticas de tejidos adultos y por tanto ya diferenciadas, se comporten y actúen como células madre embrionarias, desviando así la expectativa que habían generado las células embrionarias hacia una alternativa más ética ya que no requería la destrucción de embriones.

Los linajes celulares de las células somáticas

reprogramadas (iPS),  se transformaban en células pluriponentes, capaces de dirigir su especialización hacia células de una amplia gama de especialidades celulares: cardiacas, óseas, neuronas, sanguíneas, etc. Estos trabajos tuvieron una gran repercusión tras su publicación en las mejores revistas científicas de la especialidad y abren una nueva frontera hacia su uso en medicina reparadora.

La gran mayoría de los investigadores que trabajan en este campo creen que las células iPS sustituirán con ventaja a las células madre embrionarias, tanto con fines experimentales como terapéuticos. En este sentido, Ian Wilmut el creador de la oveja Dolly, ha abandonado la experimentación con células embrionarias para utilizar las células iPS. Por otra parte, el americano James Thomson, que había sido el introductor de la tecnología del cultivo de las células madre embrionarias mediante un trabajo pionero publicado en Science [7] en 1998, declaraba en noviembre de 2007 en The New York Times que probablemente “dentro de una década la guerra de las células madre embrionarias será solo una nota al pie de una página curiosa de la historia de la ciencia”.

En 2008 la revista Science [8] calificó la reprogramación celular como el descubrimiento científico del año por la utilidad que pueden tener en la investigación de graves enfermedades y por su probable utilización dentro del campo de la medicina reparadora.

En los años posteriores se ha confirmado la utilidad potencial de la tecnología de la reprogramación genética, demostrándose así la flexibilidad de las células somáticas. En un trabajo del equipo que dirige el Dr. Marius Wernig de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, inspirada en el trabajo de Yamanaka y publicado a principios de 2010 en Nature [9], se daba otro paso importante. Se lograba la producción de neuronas funcionales a partir de fibroblastos (células iN = Neuronas inducidas) sin pasar por la etapa intermedia de células pluripotentes, La importancia de esta investigación es que al eludir el paso por células pluripotentes se evitan las posibilidades de formación de tumores y también la de producir embriones con capacidad de desarrollo.

De este modo, las investigaciones de John B. Gurdon y Shinya Yamanaka han abierto una nueva vía de exploración en los campos de la biología celular, la ingeniería genética  y la terapia celular. Las células iPS tienen capacidad para generar todos los tipos de células: grasa, hueso, músculo, endotelio, nervioso, hígado, etc, La reprogramación genética de células somáticas abre nuevas expectativas hacia la curación de enfermedades degenerativas sin necesidad de destruir embriones humanos.

Por nuestra parte, en una serie de artículos relacionados publicados en CiViCa (relacionadas más abajo) ya anunciábamos los méritos para la concesión del Premio Nobel de Fisiología o Medicina a los investigadores que abrían una metodología mejor para avanzar en la medicina reparadora sin utilizar embriones.

[1] J.B. Gurdon, «The Transplantation of Living Cell Nuclei», en Advances in Morphology, 4 (1964), pp. 1-43.

[2] J.B. Gurdon, «Transplanted nuclei and cell differentiation», en Scientific American 219 (1968), pp. 24-35.

[3] J.A.Byrne, S. Simonsson, P.S. Western, J.B. Gurdon, «Nuclei of adult mammalian somatic cells are directly reprogrammed to oct-4 stem cell gene expression by amphibian oocytes», en. Current Biology, 13 (2003), pp. 1206-1213.

[4]K. Takahashi,S.Yamanaka, «Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors», enCell 126 (2006), pp. 1-14.

[5]K. Takahashi, K. Tanabe, S.Yamanaka, M. Ohnuki, M. Narita, T. Ichisaka, K. Tomoda, «Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors» DOI:10.1016/j.cell. (2007) 11.019K

[6] M. Nakagawa, S. Yamanaka y col.  «Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts», enNature Biotechnology (2007) DOI:10.1038/nbt1374

[7] J.A.Thomson,  J. Itskovitz-Eldor, S.S. Shapiro, M.A. Waknitz, y col., «Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts», en Science 282 (1998), pp. 1145-1147.

[8] Science 322; 1767-1773, 2008

[9] T Vierbuchen, A. Ostermeier, ZP Pang, Y Kokubu, Thomas C. Südhof and M. Wernig Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors. Nature advance online publication 27 January 2010 | doi:10.1038/nature08797.

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