CREAN MINICEREBROS A PARTIR DE CÉLULAS MADRE HUMANAS PARA EL ESTUDIO DE ENFERMEDADES NEUROLÓGICAS

El desarrollo del cerebro humano es uno de los grandes misterios de la biología, pero un grupo de investigadores austriacos y británicos presentan una técnica para generar tejido cerebral que ayudará a avanzar en su estudio.

El equipo, liderado desde el Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, ha conseguido crear organoides cerebrales partiendo de un cultivo de células madre pluripotentes. 

Jürgen Knoblich, del IMBA afirma que han generado un neuroectodermo, una capa de células de la que se deriva el sistema nervioso. Los fragmentos de este tejido se mantienen en un cultivo tridimensional y se embeben en gotas de un gel que actúa de andamiaje para que pueda crecer. Para favorecer la absorción de los nutrientes, se transfirieron después las gotas de gel a un biorreactor giratorio, y en unas tres o cuatro semanas ya estaban formadas y definidas las regiones cerebrales.

En los organoides cerebrales resultantes se pueden diferenciar regiones como corteza cerebral, retina, meninges o el plexo coroideo (porción del encéfalo que forma el líquido cefalorraquídeo).

Después de dos meses de desarrollo, los minicerebros alcanzan su tamaño máximo, aunque pueden sobrevivir indefinidamente,en la actualidad hasta 10 meses, en el biorreactor giratorio. Según los investigadores, probablemente, y de momento, no crecen más debido a la falta de un sistema de circulación eficaz que lleve los nutrientes y el oxígeno al interior del organoide. 

En cualquier caso, estos tejidos cerebrales en 3D se asemejan a las primeras etapas de formación del cerebro humano, por lo que facilitan los estudios sobre la evolución de este órgano esencial. Además, el método permite estudiar algunas enfermedades neurológicas humanas de una forma que no lo hacen los modelos con ratas u otros animales de laboratorio, cuyo cerebro es menos complejo.

En concreto, los investigadores han logrado identificar y modelar con su técnica un trastorno que afecta el desarrollo normal del cerebro: la microcefalia, que conduce a tener un cerebro más pequeño en las personas que lo padecen. Los autores sugieren que las células defectuosas que aparecen en los pacientes no experimentan el mismo crecimiento en los ratones, lo que podría explicar por qué los modelos en animales han sido incapaces de recoger la gravedad de este trastorno como se observa en los seres humanos.

UNA PRODUCCIÓN MÁS EFICIENTE DE BIOCOMBUSTIBLE MEDIANTE EL SILENCIAMIENTO DE UN GEN EN LA VÍA DE BIOSÍNTESIS DE LA LIGNINA

La limitada disponibilidad de combustibles fósiles estimula la búsqueda de diferentes fuentes de energía. El uso de biocombustibles es una de las alternativas. Los azúcares derivados de los granos de los cultivos agrícolas se pueden utilizar para producir biocombustible, pero estos cultivos ocupan suelos fértiles necesarios para la producción de alimentos y piensos.

Las plantas de crecimiento rápido como el álamo, eucalipto o varios residuos de hierba, como el rastrojo de maíz y el bagazo de caña no compiten y pueden ser una fuente sostenible de biocombustibles. Una colaboración internacional de científicos han identificado un nuevo gen en la vía de biosíntesis de la lignina, un importante componente de las paredes celulares secundarias de plantas, que limita la conversión de biomasa en energía.

Estos hallazgos abren el camino a nuevas iniciativas de apoyo a una economía de base biológica. Sally M. Benson, director del Stanford University's Global Climate and Energy Project cree que este emocionante y fundamental  descubrimiento proporciona una vía alternativa para modificar la lignina en las plantas y tener el potencial de aumentar considerablemente la eficiencia de la conversión de cultivos energéticos para biocombustibles.

La pared celular de una planta se compone principalmente de lignina y moléculas de azúcar, tales como la celulosa. La celulosa se puede convertir en glucosa, que luego se puede utilizar en un proceso de fermentación clásica para producir alcohol, similar a hacer cerveza o vino. La lignina es un tipo de cemento que incorpora las moléculas de azúcar y por lo tanto da firmeza a las plantas. Por desgracia, la lignina reduce gravemente la accesibilidad a las moléculas de azúcar para la producción de biocombustibles. La lignina tiene que ser eliminada a través de un proceso medioambientalmente inamistoso que consume energía. Las plantas con una menor cantidad de lignina o con  lignina de más fácil descomposición pueden ser un verdadero beneficio para la producción de biocombustibles y bioplásticos. Lo mismo es cierto para la industria del papel que utiliza las fibras de celulosa para producir papel.

Durante muchos años los investigadores han estado estudiando la vía de biosíntesis de lignina en las plantas. Incrementando la percepción de este proceso se puede conducir a nuevas estrategias para mejorar la accesibilidad a las moléculas de celulosa. Utilizando el modelo de planta Arabidopsis thaliana, los científicos han identificado una nueva enzima en la vía de biosíntesis de la lignina. Esta enzima llamada cafeoil shikimato esterasa (CSE), cumple un papel fundamental en la biosíntesis de lignina. El silenciamiento del gen CSE, dió lugar a 36% menos de lignina por gramo de material de tallo. Además, la lignina restante tenía una estructura alterada. Como resultado, la conversión directa de la celulosa en glucosa a partir de la biomasa de la planta sin tratamiento previo aumentó cuatro veces, a partir de 18% en las plantas de control a 78% en las plantas mutantes.

Estas nuevas perspectivas ahora se pueden utilizar para proteger poblaciones naturales de cultivos energéticos como el álamo, eucalipto, mijo u otras especies de pastos. Alternativamente, la expresión del gen CSE puede modificarse por ingeniería genética en cultivos energéticos. Una cantidad reducida de lignina o una estructura de lignina adaptada puede contribuir a una conversión más eficiente de la biomasa a energía.

DESARROLLAN NUEVOS FÁRMACOS DE ARN PARA TRATAR GENES ANTES INALCANZABLES

Una nueva clase de medicamentos permitiría a los médicos despertar genes que no rinden como deberían en pacientes que no tienen otras opciones de tratamiento en la actualidad.
La start-up RaNA Therapeutics de Boston en Estados Unidos, está desarrollando una nueva clase de medicamento capaz de potenciar la actividad de genes que pueden estar silenciados o poco activos y por lo tanto pueden causar enfermedades. El medicamento usaría una pequeña molécula parecida al ARN que bloquea la función de una molécula de ARN larga que impide la expresión del gen en cuestión.
Al activar los genes, los medicamentos de RaNA podrían hacer algo completamente nuevo, según Jeannie Lee, bióloga molecular de la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard en Estados Unidos, y fundadora científica de la empresa. La mayoría de los fármacos funcionan cambiando la función o estabilidad de un producto genético, bloqueando una enzima demasiado activa, por ejemplo. Las terapias actuales actúan sobre algo que ya se ha expresado, explica Lee, en la actualidad no existen métodos para activar un gen silenciado.
La tecnología de RaNA, que aún está en fase de ensayo con animales de laboratorios, podría usarse para tratar tanto cánceres como enfermedades genéticas raras. A menudo, parte de los cambios que tienen lugar en una célula cancerosa incluyen el silenciado de los genes supresores de tumores. Y en algunas enfermedades genéticas, un gen normal puede estar silenciado por alguna anomalía, o simplemente tener una expresión débil.
El enfoque de RaNA también podría servir para atacar enfermedades metabólicas complejas. En el caso de la diabetes y de otras enfermedades metabólicas, hay muchos objetivos distintos identificados, así que la posibilidad de entrar dentro y activar selectivamente un único gen tendrá aplicaciones terapéuticas muy amplias.
En experimentos de laboratorio, RaNA ha logrado toda una gama de efectos sobre la expresión de los genes, desde la multiplicación aumento por cuatro hasta la multiplicación por cien. Varía de gen a gen y no es inusual que la expresión se multiplique por diez.

UNA NUEVA PROTEÍNA DESCUBIERTA CON UN VASTO POTENCIAL PARA EL TRATAMIENTO DEL CÁNCER Y OTRAS ENFERMEDADES

En la investigación del cáncer, el descubrimiento de una nueva proteína que juega un papel importante en el cáncer es como encontrar una llave y un mapa del tesoro: seguir las pistas y con el tiempo podría haber una gran recompensa. Al menos esa es la esperanza de un nuevo estudio que descubrió una nueva proteína llamada  proteína transportadora de ceramida-1 fosfato (CPTP), un hallazgo que podría conducir al desarrollo de nuevos fármacos para tratar una variedad de cánceres y otras enfermedades relacionadas con la inflamación y la trombosis o coagulación de la sangre.

El equipo descubrió que la CPTP regula los niveles de lípidos biológicamente activos, que son moléculas tales como ácidos grasos, que a menudo desempeñan un papel en la señalización celular. Este estudio determinó que la función principal de la CPTP es para el transporte de ceramida-1-fosfato (C1P), un lípido que ayuda a regular el crecimiento celular, la supervivencia, la migración y la inflamación. Específicamente, el C1P aumenta la producción de eicosanoides proinflamatorios, potentes moléculas de señalización que contribuyen a la inflamación crónica en enfermedades tales como el cáncer, el asma, la aterosclerosis y la trombosis.

Según Charles Chalfant, líder del equipo, es posible que se haya identificado el blanco más nuevo para el tratamiento del cáncer debido al importante papel que esta proteína juega en un número de funciones celulares, y podría tener grandes implicaciones para una variedad de enfermedades como el cáncer que son causadas por la inflamación.

Los investigadores fueron capaces de determinar la composición de los lípidos bioactivos regulados por la CPTP. Residiendo en el citoplasma, el equipo encontró que la CPTP regula el catabolismo del C1P, un proceso que rompe la molécula con el fin de liberar su energía. También demostraron que la CPTP transporta el C1P a la membrana celular donde ayuda a sintetizar eicosanoides a partir de ácidos grasos en la membrana.

Confirmación de una década de investigación del laboratorio de Chalfant, los científicos proporcionan más pruebas de que el C1P regula al grupo IVA fosfolipasa A2, una enzima que promueve la inflamación a través de la producción de un ácido graso conocido como ácido araquidónico. La liberación de ácido araquidónico a través de la activación de esta enzima via el C1P ,se demostró desencadena la producción de eicosanoides. Estos descubrimientos ayudan a explicar la relación reportada entre la ceramida quinasa, la enzima responsable de la producción del C1P, y el mal pronóstico en pacientes con cáncer de mama, lo que sugiere además que el alivio de la inflamación sistémica puede conducir a un mejor pronóstico y una mejor respuesta al tratamiento.

Chalfant espera poder utilizar este conocimiento de la estructura de la CPTP con el fin de encontrar moléculas pequeñas y otros medios que puedan bloquear esta proteina. Los usos inmediatos de tales agentes terapéuticos pueden ser el restablecimiento de la coagulación en pacientes con traumatismos mediante el mantenimiento de los niveles de eicosanoides específicos que median en la coagulación de la sangre. Sin embargo, con más investigación, él y su equipo esperan definir exactamente cómo se produce la CPTP de manera que se pueda regular su producción y potencialmente desarrollar nuevos tratamientos para una variedad de enfermedades.

SIMPLIFICAN EL PROCESO PARA GENERAR CÉLULAS MADRE A PARTIR DE CÉLULAS ADULTAS HUMANAS

Científicos del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB) y del Salk Institute de California (EE UU), liderados por Juan Carlos Izpisúa Belmonte, han descubierto un nuevo método que facilita el proceso de obtención de células madre a partir de células adultas humanas.

El equipo de Izpisúa demuestra que la receta para obtener células madre inducidas (células iPS) es mucho más versátil de lo que se creía. De hecho, los autores han reemplazado por primera vez un gen que se creía imposible de sustituir, lo que facilitará el proceso de obtención de células madre por métodos más seguros que potencialmente se podrán trasladar a la práctica clínica.

Las células iPS ofrecen dos ventajas muy importantes: se pueden crear a partir de células del mismo paciente, evitando así el rechazo immunológico, y no implican la destrucción de embriones sobrantes de tratamientos de fecundación in vitro. Hasta la fecha se creía que solo se podían producir estas células utilizando una fórmula muy estricta que no permitía ninguna variación, limitando así su potencial para la aplicación terapéutica.

En el año 2006, el equipo investigador japonés dirigido por Shinya Yamanaka descubrió un método para obtener células madre pluripotentes a partir de células diferenciadas adultas de ratón, que se denominaron células iPS. En 2007, el mismo grupo obtuvo con el mismo método células iPS a partir de células humanas. 

El método del grupo japonés consiste en introducir en las células cuatro factores de transcripción que se han conocido desde entonces como ‘factores Yamanaka’. Los científicos han utilizado con éxito esta receta para transformar, en el laboratorio, células procedentes de la sangre, la piel y de otros tejidos en células pluripotentes que pueden dar lugar a células de cualquier órgano del cuerpo.

Aunque las células iPS serían teóricamente muy útiles en medicina regenerativa, la metodología utilizada para generarlas conlleva muchos problemas asociados, por ejemplo, dos de los factores utilizados en la receta son oncogenes, por lo que aún está lejos su utilización en pacientes.

Ahora, los expertos han dado un enfoque totalmente nuevo a esta línea de investigación y han descubierto que se puede lograr la pluripotencia mediante un fino balance de genes necesarios para la diferenciación celular, es decir, genes que instruyen a las células para especializarse en líneas particulares, como pueden ser células de la piel o de la sangre.

Antes de estos experimentos, la mayoría de investigadores en este campo intentaba sustituir los factores clásicos de reprogramación por otros que se presentaran de manera natural en las células madre embrionarias.

El equipo de Izpisúa se aproximó al problema de una manera innovadora. Así, los investigadores se dieron cuenta de que los cuatro ‘factores Yamanaka’ no eran necesarios, ya que la pluripotencia se podía lograr alterando el balance de genes presentes en las células adultas y que intervienen en la especificación del linaje celular.

En este trabajo han identificado nuevos genes, no descritos anteriormente como inductores de la reprogramación ni típicos de células madre, que permiten reprogramar las células somáticas a un estado de pluripotencia. Este hallazgo podría conducir al diseño de protocolos de reprogramación más seguros y reducir el riesgo de transformación oncogénica.

Los autores han demostrado que más de siete genes adicionales son capaces de participar en el proceso de reprogramación de fibroblastos humanos a células iPS, y lo más importante: han demostrado por primera vez que todos los ‘factores Yamanaka’ pueden ser sustituidos.

El hecho de que un factor como OCT4, previamente considerado característico de células madre, pueda ser sustituido conlleva la posibilidad de que las células madre generadas de esta manera sean fundamentalmente distintas a las obtenidas por otras metodologías, lo que para los investigadores podría traducirse en un mejor comportamiento en términos de seguridad o funcionalidad.

Los hallazgos ofrecen la posibilidad de identificar en un futuro inmediato pequeñas moléculas (fármacos) capaces de reemplazar OCT4 en el proceso de la reprogramación celular. De esta manera evitar el uso de metodologías empleadas hasta la fecha, que dificultan el uso de las células reprogramadas en terapias de sustitución celular. Así pues, el uso de fármacos podría suponer la generación de células iPS mediante estrategias seguras aptas para su traslación a la clínica.