Método basado en células para la regeneración de la mielina
Reprogramación directa de pericitos en precursores de oligodendrocitos como base potencial para una estrategia terapéutica basada en células
12. Abril 2021
La mielina es tremendamente importante para la transmisión rápida y correcta de señales eléctricas en el cerebro. Esta membrana rica en lípidos, que envuelve los axones, se daña como consecuencia de ciertos trastornos nerviosos degenerativos. La mayoría de estas son enfermedades hereditarias raras con cursos clínicos graves. La generación de células progenitoras de oligodendrocitos inducidas (CPOi) a partir de fibroblastos somáticos puede proporcionar una estrategia terapéutica basada en células contra las enfermedades de la mielina. Sin embargo, la generación de CPOi es ineficiente y las CPOis resultantes exhiben una capacidad de expansión y diferenciación limitada. Un equipo internacional de investigadores ha superado ahora estas limitaciones. El estudio presenta un enfoque basado en células para estudiar el potencial de las terapias contra las enfermedades de la mielina. Además, se descubrió que la fuente y la memoria de las células del donante tienen la capacidad de contribuir al destino celular y la estabilidad de las células directamente convertidas.
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Las células nerviosas transmiten sus señales a otras células nerviosas a través de sus procesos (axones). Una vaina aislante envuelta en espiral alrededor de los axones aumenta enormemente la velocidad de los impulsos eléctricos. Esta rápida actividad eléctrica es importante para procesar las señales en el cerebro y transmitirlas al cuerpo a través de los tractos nerviosos periféricos. La vaina aislante consta de una membrana rica en lípidos llamada mielina y está formada por los llamados oligodendrocitos. Si se daña la vaina de mielina, como es el caso de las enfermedades desmielinizantes, se pierde la conducción eléctrica. Las consecuencias clínicas son graves e irreversibles.
Científicos de todo el mundo están explorando varias estrategias basadas en células para regenerar la vaina de mielina. Gracias a la llamada tecnología iPS, es posible transformar células de un tipo en otros tipos de células. Los científicos fueron capaces de reprogramar inicialmente células embrionarias de la piel de ratones y ratas en células madre pluripotentes inducidas y madurarlas en células precursoras de oligodendrocitos (CPOs) llamadas inducidas (CPOis). Pero el proceso de reprogramación es ineficiente, y las células resultantes no proliferan y diferencian lo suficiente como para tener uso en la práctica clínica.
Un equipo internacional de investigadores de 10 laboratorios dirigido por Hans Schöler del Instituto Max Planck de Biomedicina Molecular en Münster, Alemania, y Kee-Pyo Kim, quien ahora es profesor asistente en la Facultad de Medicina de la Universidad Católica de Corea, logró superar estos obstáculos. En lugar de células de la piel, los investigadores utilizaron pericitos como tipo de célula inicial. Los pericitos recubren las células endoteliales capilares y forman una parte integral de la barrera hematoencefálica.
"Los pericitos y las células progenitoras de oligodendrocitos se originan a partir de la misma población celular durante el desarrollo", dijo Kee-Pyo Kim, primer autor del estudio. "Por lo tanto, asumimos que los pericitos serían adecuados para esta reprogramación y posterior diferenciación en células progenitoras de oligodendrocitos", continuó Kim. "Si un proceso de conversión es más directo y simple, sería más eficiente y, por lo tanto, más interesante para terapias celulares posteriores", explicó Kim el pensamiento del equipo. "Esto se debe a que las células iniciales tienen un recuerdo de su identidad original", dijo Kim. La memoria consiste en lo que se conoce como transcriptoma, todas las moléculas de ARN presentes en la célula en un momento dado, y las marcas epigenéticas, las modificaciones postraduccionales del ADN que regulan la actividad de los genes. "Si se necesita reprogramar menos, el proceso de conversión se logra más fácilmente", explicó Kim.
De hecho, los investigadores pudieron convertir los pericitos en células progenitoras de oligodendrocitos. "Nuestros CPOis derivados de pericitos se pueden propagar y diferenciar de manera eficiente en oligodendrocitos mielinizantes", dijo Kim. "No necesitamos tres factores de transcripción para hacer esto, como se muestra en la producción de CPOis a partir de células de la piel, sino solo dos: la sobreexpresión de Olig2 y Sox10 fueron suficientes para inducir la generación de CPOis", dijo Kim.
Para saber si estos CPOi maduran en oligodendrocitos productores de mielina in vivo, es decir, en el cerebro mismo, y cómo lo hacen, los investigadores trasplantaron los CPOis en los cerebros de ratones shiverer. Estos ratones tienen la denominada mutación shiverer en el gen MBP. La mutación hace que no se produzca la proteína básica de mielina (MBP), que es esencial para la vaina de mielina. Por lo tanto, los ratones desarrollan un andar "tembloroso" característico unas pocas semanas después del nacimiento y, a menudo, se utilizan como animales modelo para la leucodistrofia. Se ha demostrado que las CPOi derivadas de pericitos, trasplantadas a la médula espinal o al cerebro de ratones shiverer, inducen la mielinización de los axones. Estos experimentos críticos se realizaron en el laboratorio de Steve Goldman de la Universidad de Rochester, Estados Unidos, quien desarrolló este modelo en 2008.
"Para nuestra sorpresa, después del trasplante en el cerebro de ratones sgiverer que no pueden mielinizar sus axones, la mayoría de los CPOis se asentaron en los vasos sanguíneos y se volvieron pericitos. No se diferenciaron en oligodendrocitos que normalmente envuelven los axones con una vaina de mielina". Kim dijo: "Esto nos mostró que los CPOIs conservan la memoria de su fenotipo original, lo que les impide la mielinización in vivo".
Por lo tanto, los CPOis no se convierten automáticamente en oligodendrocitos productores de mielina; necesitan un empujón extra para hacerlo. Los investigadores diferenciaron aún más las CPOis en preoligodendrocitos in vitro. Estas células dan lugar a oligodendrocitos productores de mielina tanto in vivo como in vitro.
Cuando las CPOi se diferenciaron previamente en preoligodendrocitos y luego se trasplantaron al cerebro de ratones escalofriantes, fue posible una mielinización robusta. "La mielinización in vivo fue particularmente evidente 12 semanas después del trasplante, y rara vez encontramos células que se hubieran convertido en pericitos", dijo Kim. "En comparación con las CPOs primarias, las CPOs nativas derivadas de tejidos, no encontramos diferencias en la capacidad de mielinización", dijo Kim, confirmando el resultado positivo. "Con este estudio, hemos establecido una estrategia eficaz para generar una población de CPOi que es altamente expandible y funcional", concluyó Kim. "Este enfoque supera una limitación importante que ha obstaculizado su aplicación terapéutica", dijo Kim.
Es decir, se necesitan muchas células para enfoques terapéuticos posteriores; por tanto, una población celular inicial expandible es esencial. "Nuestro estudio demuestra claramente la necesidad de tener en cuenta la memoria de las células del donante cuando se desarrollan enfoques terapéuticos basados en células", dijo Hans Schöler. "Para explotar el potencial terapéutico de las células directamente transformadas, se necesitan más investigaciones sobre cómo los diferentes métodos de reprogramación influyen en la memoria de las células del donante y si es posible guiar y estabilizar la identidad celular hacia el tipo de célula deseado, por ejemplo, con agentes químicos".
