Cèl·lules IPS
Les cèl·lules mare pluripotents induïdes o cèl·lules IPS (en anglès: induced pluripotent stem cells) són un tipus de cèl·lules adultes multipotents elevades a un estat superior, cèl·lules pluripotents. Aquestes cèl·lules són capaces de generar la majoria de les cèl·lules de la resta del cos.
Són eines molt útils per al desenvolupament de medicaments i per a la modificació de malalties. Però el que realment es busca és la creació d'òrgans mitjançant impressores 3D. Per exemple, una empresa anomenada Organovo, va aconseguir crear una làmina de fetge completament funcional.
Història
[modifica]Les cèl·lules mare s'han estat investigant des de 1860, a Alemanya, a causa de l'anàlisi del desenvolupament de l'embrió. La investigació de les IPS comença el 2006 amb la reprogramació de cèl·lules adultes de pell de ratolí. El 2007 s'avança amb la investigació amb ratolins. Simultàniament, des del 2007 fins a l'actualitat s'han estat investigant les IPS humanes.
Primera generació de ratolins
[modifica]El 2006, Shinya Yamanaka i el seu equip van ser els primers a generar cèl·lules IPS. Per a produir-les van utilitzar fibroblasts de ratolí (cèl·lules del teixit conjuntiu) utilitzant també com a vectors retrovirus. Els gens essencials que van fer possible les IPS en ratolins són: Oct-3/4, Sox2, c-Myc i KLF4, anomenats conjuntament com a Factors de Yamanaka.
Aquestes cèl·lules tenen patrons de metilació de l'ADN. La metilació consisteix a afegir grups metil a l'ADN. La part amb els grups metils adherits no es pot duplicar.
Segona generació de ratolins
[modifica]Durant el 2007, tal com es va fer a la generació anterior, es van utilitzar fibroblasts de ratolí però hi van afegir el gen Nanog. Sense aquest gen no seria possible produir IPS.
Com que van utilitzar els gens de la generació anterior, fent servir l'experiència, van descobrir que el c-Myc (gen oncogènic que es troba al cromosoma 8) produïa càncer en un 20 per cent dels casos. Però aquest gen augmentava l'eficiència, per tant, en prescindir-ne, es va notar un gran descens de l'eficiència.
Persones rellevants
[modifica]Actualment s'estan dedicant molts esforços i recursos a aquesta investigació, ja que els processos que s'han de dur són molt cars. D'entre els investigadors que s'hi dediquen destaquen Shinya Yamanaka i James Thomson amb els seus respectius equips.
Shinya Yamanaka, amb un Premi Nobel de Fisiologia o Medicina, actualment és professor de l'Institute for Frontier Medical Science, i director del CiRA (Center for IPS cell Research and Application) a Kyoto.
Yamanaka va decidir dedicar-se a la investigació bàsica i va començar la seva formació postdoctoral a Galdstone Institutes. El 1999 va començar a treballar com a professor i investigador a l'Institut Nara de Ciència i Tecnologia. La seva recerca estava relacionada amb la medicina regenerativa mitjançant cèl·lules mares embrionàries.
El 2003 quan va decidir investigar les cèl·lules IPS, Yamanaka va començar amb un laboratori petit i amb molt poc finançament, ja que la resta d'investigadors estaven enfocats en les cèl·lules mare embrionàries.
El primer «gran» finançament el va rebre el 2006, quan va fer servir fibroblasts de ratolí (cèl·lules presents en el teixit conjuntiu) per aconseguir IPS funcionals. Va iniciar la seva investigació amb cèl·lules humanes el 2007. Gràcies als avenços que va presentar va rebre el premi Nobel de Fisiologia o Medicina.
James Alexander Thomson, que actualment ocupa el lloc de director de Biologia Regenerativa a l'Institut de Recerca Morggridge i professor a la Universitat de Wisconsin-Madison, es va graduar el 1981 en biofísica a la Universitat de Illinois.
Entre el 1985 i el 1988 va obtenir dos doctorats, el primer en medicina veterinària i el segon en biologia molecular. La seva investigació, com la majoria dels que investiguen en medicina regenerativa, va començar en les cèl·lules mare embrionàries, però el 2007 va iniciar la seva investigació sobre les cèl·lules IPS.
Actualment la seva investigació està basada a entendre com aquestes cèl·lules canvien la seva identitat, és a dir, trobar el perquè de la regressió de les cèl·lules adultes a un estat més primitiu. És a dir, a un estat anterior al que estan actualment.
Thomson va dir que estava esperant a iniciar la investigació en humans per «transformar» aquestes IPS en cèl·lules vasculars, cardíaques i sanguínies.
Segons La Vanguardia, entre les deu persones més rellevants per a la ciència de 2014 hi havia una oculista japonesa, que ha estat la primera a utilitzar un tractament d'IPS en humans.
Encara que no ha format part de la investigació, Masayo Takahashi, ha estat la primera a tractar una patologia degenerativa amb cèl·lules IPS.
Universitats rellevants
[modifica]La Universitat de Kyoto, és cabdal en aquesta investigació, ja que participa en el CiRA amb Yamanaka com a director del projecte.
En aquesta universitat s'han investigant cèl·lules IPS en ratolins (2006), en humans (2007), utilització de vectors d'ADN per tal de no utilitzar gens (2008), però en l'actualitat ja havent descobert la manera d'utilitzar vectors d'ADN, es pretén optimitzar els mètodes de generació de cèl·lules IPS.
L'altra Universitat que participa en la investigació de les IPS és el Morgridge Institute for Research, on Thomson lidera l'equip de biologia regenerativa.
Un dels projectes que actualment estan portant a terme és l'obtenció de cèl·lules arterials a partir de les IPS, cosa que s'aplicaria a les operacions per a fer una derivació d'artèria coronària (heart bypass).
Cèl·lules IPS
[modifica]Les cèl·lules IPS intenten emular les cèl·lules mare embrionàries. Per a aconseguir les IPS, es parteix de les cèl·lules adultes de les quals s'ha de modificar la informació genètica que contenen per a aconseguir un estat de pluripotencialitat. La informació genètica es troba a l'àcid desoxiribonucleic (ADN) o —en els virus ARN— a l'àcid ribonucleic (ARN).
Per a poder introduir material genètic dintre d'una cèl·lula, primerament s'han d'obrir uns porus a la membrana plasmàtica; això s'aconsegueix mitjançant una sèrie de descàrregues elèctriques. Aquest procés s'anomena electroporació.[1]
Després de l'electroporació, va la transfecció, que és la introducció de nou material genètic dintre de la cèl·lula mitjançant els anomenats vectors. en duplicar-se la cèl·lula, es duplica tot el material genètic nou, i d'aquesta manera només fa falta fer el procés de transfecció un cop.[2]
Un cop acabada la transfecció, es pot iniciar la reprogramació, que consisteix a esborrar i remodelar les marques epigenètiques durant el desenvolupament dels mamífers.
Les cèl·lules IPS deriven de cèl·lules adultes per transfecció de diversos gens exògens, però n'hi ha que produeixen tumors (oncogens).
Per altra banda, els oncogens augmenten l'eficiència de la reprogramació i sense aquests gens només es reprogramaria del 0.1 a l'1 per cent de les cèl·lules.
Com que a més és un procés molt costós el que es vol és tenir una alta eficiència. Per aquest motiu, es va buscar alternativa als gens com ara molècules de baix pes molecular, adenovirus, plasmidis, proteïnes recombinants o molècules d'ARN.
Després la transfecció, passat un mes (3-4 setmanes aproximadament) un petit percentatge de cèl·lules van començar a diferenciar-se. Aquestes cél·lules IPS s'aïllen per selecció amb un gen de resistència a antibiòtics.[3][4]
Gens que indueixen la reprogramació
[modifica]Sense la majoria de gens esmentats en l'apartat anterior les cèl·lules IPS no es podrien aconseguir, ja que la seva producció depèn completament dels gens que ajuden les cèl·lules adultes a adquirir un nivell superior com són les cèl·lules mare embrionàries.
Uns gens indispensables que fan possibles les cèl·lules IPS són Mai-3/4 i diversos membres de la família Sox (Sox1, Sox2, Sox3, Sox15). D'altra banda també hi ha gens que augmenten l'eficiència de reprogramació, com ara les famílies dels factors Krüppel (Klf1, Klf2, Klf4, Klf5), Nanog o LIN28.
Es poden distingir dos tipus de grups de gens: els indispensables en la reprogramació i els que augmenten l'eficiència de la reprogramació.
-Gens indispensables en la reprogramació: el Set-3/4 és un dels gens de la família dels factors de transcripció d'estructura octamèrica, conegut pel paper en el manteniment de la pluripotència. La família octubre no produeix inducció de la reprogramació, excepte el gen Oct-3/4.
Els gens Sox estan associats al manteniment de la plutripotència i la multipotència. El Sox2 és el primer que es va utilitzar perquè es creia que era l'únic útil, però més tard es va demostrar que altres gens de la família Sox també són útils. Per exemple, el Sox1 és similar al Sox2, però la seva eficiència és menor.
-Gens que augmenten l'eficiència de la reprogramació:
Els gens Krüppel (KLF) són els encarregats del desenvolupament del zigot, encara que Thomson va comprovar que KLF4 no induïa cèl·lules IPS humanes. S'ha demostrat que KLF2 indueix les IPS amb una major eficiència. En canvi els KLF1 i KLF5 ho fan amb una menor eficiència.
Els gens Myc són oncogens, és a dir, gens que estan implicats en l'aparició del càncer. El c-Myc és un oncogèn implicat en la inducció a les IPS; per tant, hi ha una probabilitat que el subjecte tingui càncer, però actualment ja no és necessari per mantenir les IPS. El c-Myc causava una gran mortalitat entre ratolins trasplantats, fins a un 25 per cent del total de ratolins tenien tumors letals.
El gen Nanog, el Mai-3/4 i Sox2 es troben a les cèl·lules mare embrionàries. Yamanaka va descriure inicialment que Nanog no era necessari per a la reprogramació i Thomson va comprovar que sí que era possible la seva utilització.
LIN28 és una proteïna que lliga ARN, s'expressa en cèl·lules mare embrionàries i en cèl·lules tumorals. S'ha demostrat que LIN28 pot induir cèl·lules IPS encara que és dispensable. El gen LIN28 codifica una proteïna, necessària per a l'obtenció d'IPS, que lliga RNA que s'expressa en les cèl·lules mare embrionàries i cèl·lules tumorals associades a la diferenciació i la seva multiplicació.[5][6]
Producció de cèl·lules IPS humanes
[modifica]El 2007 va començar la producció de cèl·lules IPS humanes a partir de cèl·lules mare embrionàries per part de dos equips, el de Yamanaka i el de Thomson. L'equip de Yamanaka treballa amb els gens: oct-3/4,Sox2, KLF4 i c-Myc, utilitzant retrovirus com a vectors els.[7] L'equip de Thomson, utilitzant els gens: oct-4, Sox2, Nanog i LIN28, a més d'utilitzar lentivirus (virus amb un llarg període d'incubació) com a vectors.
Tot i que aquestes cèl·lules eren recents, van trobar inconvenients com ara l'eficiència d'obtenir aquestes cèl·lules, la mutagènesi insercional, tumors o la reprogramació incompleta.[8]
Pel que fa a l'eficiència, avui dia encara és baixíssim el percentatge d'obtenció de cèl·lules IPS. Per exemple, Yamanaka i el seu equip només tenien un 0’1-1% d'obtenir aquestes cèl·lules.[9] Per ara l'explicació per a aquesta eficiència és que han de coincidir diversos gens exògens transfectats.
La mutagènesi insercional afecta a les aplicacions en medicina general. Són mutacions produïdes en introduir gens estranys. Es pot evitar mitjançant l'ús de vectors alternatius, com ara plasmidis, adenovirus o transposons. També es poden utilitzar com a vectors proteïnes o ARN, però la tècnica més esperançadora és l'ús de proteïnes de baix pes.
Quant a la formació de tumors, és un problema que afecta a la medicina regenerativa. Per exemple, els gens oncògens com el c-Myc augmenten la probabilitat d'inducció de tumors. El gen p53, a banda de causar tumors, també disminueix l'eficiència; per tant, en inactivar-lo o eliminar-lo,s'augmenta l'eficiència i disminueix el risc de causar un tumor.
La reprogramació ha de ser completa per a aconseguir la diferenciació cel·lular, però no sempre s'aconsegueix.
Malgrat tots els inconvenients, els investigadors van aconseguir generar cèl·lules IPS, que van formar ratolins derivats fets completament d'aquestes cèl·lules, injectant-les als blastocists. Malgrat aquest èxit, els estudis dels perfils de transcripció demostren que l'equivalència no és sempre completa.[10][11]
Referències
[modifica]
- ↑ «ThermoFisherScientific». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Heller, Huntington Potter and Richard». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «EuroStemCell». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «starmedica». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Nakagawa M, Koyanagi M, Tanabe K, Takahashi K, Ichisaka T, Aoi T, Okita K, Mochiduki Y, Takizawa N, Yamanaka S.». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Okita K, Nakagawa M, Hyenjong H, Ichisaka T, Yamanaka S». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Science». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Takahashi, Tanabe K, Ohnuki M, Narita M, Ichisaka T, Tomoda K, Yamanaka S.». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Takahashi K, Yamanaka S.». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Okita K, Hong H, Takahashi K, Yamanaka S.». [Consulta: 9 desembre 2015].
- ↑ «Nakagawa M, Koyanagi M, Tanabe K, Takahashi K, Ichisaka T, Aoi T, Okita K, Mochiduki Y, Takizawa N, Yamanaka S.». [Consulta: 10 desembre 2015].