Sangre, cerebro y hueso

mielina en el cerebroLos hallazgos sobre las células madre y sus aplicaciones no descansan en verano. Voy a resumir tres estudios publicados en este mes de agosto que termina, todos ellos relacionados con el tema. Creo que transmiten bastante bien las expectativas que actualmente genera este campo de investigación, así como la creatividad mostrada por los investigadores para extraer todo el potencial que tiene.

Quizás lo más anecdótico pueda parecer el asunto del hueso, publicado en la revista PNAS. Bioingenieros del MIT han desarrollado un nuevo armazón artificial formado por unos polímeros “empapados” en determinados factores de crecimiento que inducen la regeneración del hueso, un proceso complejo que lleva su tiempo. Estos dispositivos se pueden implantar y entonces liberan esos factores en dos “oleadas”, lo cual es importantísimo: poco a poco van “atrayendo” a las células madre desde la médula ósea y las estimulan a formar no sólo hueso, sino también la red de vasos sanguíneos que sustente su crecimiento. Suficiente para cerrar un agujero de 8 milímetros en el cráneo de ratas en tan sólo dos semanas, sin dejar rastro de hueso anómalo.

Lo de las neuronas es más espectacular. Científicos de la Universidad de Luxemburgo publican en la revista Stem Cell Reports la reprogramación de células de la piel de ratones para convertirlas en neuronas. Esto no es nada nuevo, lo sorprendente del asunto es que tras implantarlas en dos zonas diferentes del cerebro de los animales, las nuevas neuronas se integraron con las ya existentes, estableciendo nuevas conexiones. Después de seis meses, seguían funcionando con normalidad. No hace falta decir que esto supone un tremendo espaldarazo a la utilización de esta misma estrategia en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas en humanos.

Tratamientos que ya son una realidad en el caso de células madre procedentes de la sangre: ¿quién no ha oído hablar de los trasplantes de médula ósea? Las células madre de la sangre se generan en un “nicho” especial de la médula ósea y son valiosísimas… pero también muy escasas. Hasta ahora no ha sido posible fabricarlas en el laboratorio, porque no es fácil reproducir las condiciones ideales para su multiplicación. Precisamente, otra investigación -publicada esta vez en la revista Nature– parece haber descubierto el secreto al estudiar lo que sucede en un pez tropical conocido como pez cebra. Al parecer, hay otro tipo de célula que es necesaria para que las células madre de la sangre puedan proliferar. Los investigadores han identificado de qué células se trata e incluso han encontrado las señales químicas necesarias para su formación. Si algún día esto permite fabricar “en masa” células madre de la sangre, las posibilidades terapéuticas serán enormes. Para el cerebro, el hueso y -esperemos- muchas cosas más.

 

 

Órganos prefabricados

Hoy mismo he tuiteado varias noticias relacionadas con el tema: vaginas artificiales creadas en el laboratorio e implantadas a cuatro mujeres, cartílago fabricado a partir de biopsias y utilizado para reconstruir la nariz… Todo lo cual viene a sumarse al reciente anuncio en la revista PNAS de que investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke han logrado crear músculo artificial. En roedores, todavía, pero músculo al fin y al cabo; y bastante bueno.

Hasta ahora, el músculo se había resistido a los intentos de fabricarlo en el laboratorio, al menos tal y como se ha conseguido ahora: un músculo que, al ser implantado a un animal vivo, sea capaz de crecer y regenerarse, además de contraerse con una fuerza similar a la del músculo de ratas recién nacidas. Uno de los videos que acompañan al artículo habla por sí solo.

El secreto del éxito de estos investigadores ha sido, al parecer, la utilización de una estrategia nueva. Por un lado, utilizar músculo previamente madurado en el laboratorio a partir de células madre musculares. Por otro, incluir estas mismas células madre en el implante. Así, resulta que el músculo maduro actúa como un almacén natural donde las células madre musculares pueden sobrevivir y ponerse en marcha cuando sea necesario. Por eso, al implantar estos fragmentos de músculo en la espalda de ratones los científicos comprobaron que se llenaba de vasos sanguíneos, e incluso se regeneraba después de haber sido lesionado con un veneno de serpiente.

Ya se ve que cada vez estamos más cerca de ver hecha realidad aquella escena de Blade Runner en la que aparece la tienda de ojos de Hannibal Chew. Bueno, a decir verdad quizás todavía tengamos que esperar bastante para conseguir, precisamente, ojos.

Pastores de células

Los bioingenieros siguen añadiendo nuevas formas de creatividad a la investigación biomédica. No cabe duda que en el futuro nos ayudaremos de muchos artilugios de todo tipo para caminar, calcular, controlar objetos con el pensamiento… y de algunos de estos avances ya me he hecho eco en estas páginas. A un nivel más de laboratorio, los nuevos materiales están ya contribuyendo a la creación de estructuras celulares en tres dimensiones, requisito necesario “fabricar” órganos artificiales. Pero a veces no resulta fácil llevar las células que están creciendo en un frasco hacia los puntos donde quieres que se depositen. Según bioingenieros de la Universidad de California en Berkeley, basta con un poco de electricidad. Mira el video:

Eso que se mueve son células epiteliales, como las de la piel, que están creciendo en el laboratorio en una sola capa. Al aplicarles corrientes de 5 voltios por centímetro, las células se mueven por el campo eléctrico en una dirección concreta. Como si de un rebaño de ovejas se tratara, sincronizan su migración en función de los cambios de corriente que van operando los investigadores. La “galvanotaxis” (que así se denomina el proceso) se había demostrado para células aisladas, pero esta investigación publicada en la revista Nature Materials es la primera que lo demuestra en grandes grupos de células.

Como decía, esta nueva técnica puede convertirse en una herramienta extremadamente útil para la ingeniería de tejidos. Pero además podría tener algunas aplicaciones más in vivo, que se dice. Por ejemplo, los autores del estudio ya están viendo la posibilidad de utilizar corrientes eléctricas para acelerar la curación de heridas, proceso en el que es muy importante la migración de distintos tipos de células a la zona lesionada. La imaginación al poder, que dirían en los sesenta…

Marcapasos (y mucho más) a medida

marcapasos del futuro¿Sería posible llenar el corazón de sensores que detecten los primeros síntomas de un problema cardíaco y pongan en marcha las medidas oportunas? Los marcapasos actuales vienen a ser unos electrodos que estimulan el corazón cuando hay arritmias, problemas para mantener la frecuencia cardiaca correcta. Pero desde hace tiempo se viene investigando en el desarrollo de artefactos muchos más sofisticados, que puedan medir más variables a la vez y actuar en función de los cambios detectados. En esa línea, científicos de San Luis acaban de publicar en la revista Nature Communications algo bastante revolucionario.

El asunto viene a ser algo así como una “funda” para el corazón. Utilizando impresoras 3D, los investigadores fabricaron unas membranas elásticas de silicona que se adaptan perfectamente a la capa más externa de corazones de conejo que mantienen latiendo en el laboratorio. Después implantaron en esa membrana varios sensores miniaturizados, que medían la actividad eléctrica  en muchos puntos distintos del corazón con gran resolución. Es más, algunos de esos artilugios pueden mandar una descarga eléctrica (para corregir una alteración del ritmo cardiaco detectada por los sensores, por ejemplo) o también pueden enviar estímulos luminosos o térmicos.

Los prototipos no han salido todavía del laboratorio, claro, porque quedan algunos problemas por resolver. Primero, la fuente de energía (¿podría obtenerse del movimiento del mismo corazón?), y después cómo enviar los datos al exterior de forma inalámbrica. Pero no son problemas insalvables, así que en pocos años podríamos ver los primeros ensayos en humanos. Sus ventajas son evidentes: se pueden “personalizar”, adaptándolos a cada corazón, y combinando distintos tipos de sensores se pueden medir varias cosas a la vez: temperatura, pH, sustancias químicas concretas, etc. De hecho, los científicos ya están pensando en crear sistemas parecidos para otros órganos como el riñón, el páncreas o el hígado. Quizás en el futuro los marcapasos (y los trasplantes de órganos en general) irán cargados de minúsculos sensores. O quizás todos seremos unos robocops en miniatura, pero sin el “cop”…

Mini-páncreas en 3D

Investigadores daneses han logrado un avance que podría cambiar la manera de tratar la diabetes en el futuro. Científicos del instituto danés de células madre publican en la revista Development un modo innovador de engañar a las células madre para que se auto-organicen y formen pequeños orgánulos que recuerdan un páncreas, con sus distintos tipos de células, sus canalículos internos, etc. Entre otras, aparecen las células que fabrican insulina y que son las que están ausentes o dañadas en personas diabéticas.

El secreto parece residir en las fuerzas físicas a las que se ven sometidas las células mientras crecen en el laboratorio, como por ejemplo el contacto entre células vecinas o la estructura del material en el que crecen. Los investigadores aislaron células madre pancreáticas a partir de embriones de ratón y las cultivaron en diferentes condiciones. Usando unos materiales porosos, comprobaron que las células necesitan “tocarse” para recibir las señales que les permiten auto-organizarse. Partiendo de grumos con unas 4 a 10 células, en una semana habían crecido hasta dar organoides formados por decenas de miles de células. Estos “mini-páncreas” muestran una estructura tridimensional ramificada y contienen distintos tipos celulares capaces de fabricar enzimas digestivas u hormonas como la insulina. Así que no es sólo cuestión de los nutrientes y factores de crecimiento que bañan las células, sino que también los estímulos físicos son responsables de que se organicen en formas más complejas.

Dados los avances actuales con la reprogramación celular, debería ser relativamente sencillo hacer esto mismo con células humanas. Organoides como los descritos en esta investigación serían de gran utilidad para probar nuevos fármacos, por ejemplo, o para obtener una fuente de células pancreáticas para trasplantar. Por el momento, habrá que esperar a ver el potencial real de esta nueva tecnología, pero su impacto en el tratamiento de las personas que sufren diabetes podría ser enorme.

Células madre y corazones artificiales, la historia sigue

células madre e infartoPara terminar agosto y dar por finalizadas las vacaciones, os traigo un pequeño resumen de varios artículos publicados estas semanas sobre células madre, especialmente teniendo a la vista la regeneración de lesiones cardiacas. Por ejemplo, el año pasado investigadores de California habían logrado reprogramar células de la piel de ratones para convertirlas en células del corazón. Un año después, publican un artículo en la revista Stem Cell Reports en el que demuestran que lo mismo puede hacerse con células humanas. En el caso de los ratones, bastaba la combinación de tres genes para hacer que los fibroblastos se convirtiesen directamente en precursores de las células del músculo cardiaco. En el caso de los humanos, como suele suceder, la cosa no fue tan sencilla y tuvieron que buscar cientos de combinaciones hasta dar con otros cuatro genes que -junto con los tres ya descritos- transforman prácticamente el 100% de los fibroblastos humanos tratados con la mezcla. De ellos, un porcentaje significativo son capaces de transmitir impulsos eléctricos.

Mientras tanto, o en caso de que esta tecnología falle, habrá que seguir recurriendo a los trasplantes. Pero esto también podría experimentar un cambio radical, gracias a los hallazgos de científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh publicados en la revista Nature Communications. Por increíble que parezca, estos investigadores han “des-celularizado” un corazón de ratón (o sea, le han quitado todas las células dejando sólo el armazón fibroso que sostiene la estructura) y lo han “repoblado” con células madre cardiacas procedentes de la piel de humanos. De algún modo, la matriz fibrosa guió la especialización de esas células madre, de modo que un mes después los corazones estaban latiendo otra vez a un ritmo de 40 a 50 latidos por minuto. Todavía hay que refinar bastante la técnica para que se pueda utilizar como fuente de corazones artificiales, pero mientras tanto podría servir para fabricar “parches” que ayuden a pacientes que han sufrido un infarto grave.

Para todo esto, lógicamente, es importante mejorar las técnicas que permiten obtener células madre a partir de células normales de una persona adulta. Los métodos existentes, basados en la tecnología desarrollada por el reciente premio Nobel Yamanaka, son todavía insuficientes para la aplicación clínica, pero esto también podría cambiar a juzgar por lo que acaban de publicar investigadores chinos en la revista Science. Estos científicos han logrado sustituir los genes del “cocktail Yamanaka” por fármacos. De esto modo, con un cocktail puramente químico, reprogramaron células de la piel y las convirtieron en células madre mucho más parecidas a las del embrión que las obtenidas por los métodos precedentes. Y además, con muy buena eficacia: más o menos una de cada 500 células se reprogramó correctamente. No hace falta decir que esto puede significar un empuje definitivo para el desarrollo de la medicina regenerativa en los próximos años.

Órganos en miniatura: ahora, el hígado

riñones artificialesSi hace pocas semanas hablaba del descubrimiento de unas moléculas que pueden ayudar a regenerar los hígados dañados, hoy tengo el placer de anunciar a los lectores algo que va en esa misma línea pero es bastante más sorprendente. En el fondo, se trata de la vieja idea de “si mi hígado no funciona, póngame uno nuevo”, que hasta ahora ha sido más bien como un sueño imposible. Pero investigadores japoneses han hecho un descubrimiento que la convierte, al menos, en algo factible, según publican en la revista Nature.

Todo comenzó porque los científicos estaban intentando crear tejido hepático correctamente vascularizado, es decir, con todos los vasos sanguíneos necesarios para que funcione bien. Uno de los sistemas que probaron fue mezclar células de la piel reprogramadas a células hepáticas con otros dos tipos celulares: unas que recubren por dentro los vasos sanguíneos y otras que son capaces de formar hueso o grasa. Sorprendentemente, los investigadores observaron que las células se comenzaban a auto-organizar y formaban pequeños esbozos de hígado. Después de optimizar este proceso, tras cientos de pruebas, lograron crear muchos de estos pequeños trocitos de hígado humano y comprobaron que, al menos en el laboratorio, podían llevar a cabo muchas de las funciones del hígado normal.

Lo más increíble es que estos mini-fragmentos de hígado también funcionaron después de ser trasplantados al abdomen de ratones de laboratorio: su red de vasos sangúineos se fusionaba con la del animal, con lo que recibían aporte sanguíneo, se mantenían funcionando e incluso crecían de tamaño. Es más, en algunos de estos ratones que padecían insuficiencia hepática, los minúsculos trasplantes evitaron la muerte de los animales.

Es pronto, lógicamente, para pensar en la aplicación a humanos, pero sin duda este descubrimiento abre un panorama muy alentador para el futuro de los trasplantes. Si la estrategia adoptada por los científicos de “mezclar varios tipos de células y dejar que hablen entre ellas” para organizarse y formar los mini-hígados funciona también con células procedentes de otros tejidos, podríamos tener a la vista un futuro con trasplantes personalizados prácticamente “a la carta”.

¡Ah! Y como lo prometido es deuda, este post va dedicado al seguidor 500 de @a100ciacierta, sea quien sea… Bienvenido.