Cèl·lules mare i medicina regenerativa: realitats i utopies

Què són i per a què serveixen les cèl·lules mare?

Les cèl·lules mare son cèl·lules indiferenciades que tenen la capacitat d'autoreplicar-se i diferenciar-se vers als diferents tipus cel·lulars de l'organisme. La traducció "cèl·lules mare", de l'anglès "stem cells", no és possiblement la més encertada. De fet es podrien dir "cèl·lules troncals", ja que al dividir-se donen dues cèl·lules iguals, indistingibles de la cèl·lula progenitora, d'aquí la denominació "stem", tronc. Una "mare", en canvi, és diferent dels seus fills. Cadascuna de les dues cèl·lules iguals, resultants de la divisió, pot continuar indiferenciada, mantenint així la reserva cel·lular, o bé iniciar un camí de diferenciació vers un únic, varis o tots els tipus cel·lulars de l'embrió. Les cèl·lules mare no són una categoria homogènia. Segons la seva "potencialitat" de diferenciació es poden classificar en pluripotents, multipotents i unipotents. Les cèl·lules de l'embrió molt primerenc (estadi de blàstula), son pluripotents, és a dir poden donar tots els tipus cel·lulars de l'embrió. Així doncs, aquestes cèl·lules de l'embrió inicial aniran proliferant i prenent decisions cada vegada més restrictives i acabaran produint els diferents llinatges de més de 200 tipus cel·lulars diferenciats, en les aproximadament 1014 cèl·lules que composen l'ésser humà. Les cèl·lules embrionàries de fases més tardanes del desenvolupament són multipotents, és a dir, poden donar diversos tipus cel·lulars de l'embrió. Finalment, les cèl·lules mare de l'adult, responsables de mantenir el recanvi cel·lular continu del nostre organisme, l'anomenada homeòstasi, són multipotents o unipotents, per tant, poden donar només un reduït nombre o un sol tipus cel·lular diferenciat. Un parell d'exemples per il·lustrar la rellevant funció de les cèl·lules mare adultes en l'homeòstasi dels teixits: al llarg de la nostra vida produirem uns 100kg de teixit epitelial de pell, més massa que el nostre pes corporal; les nostres cèl·lules intestinals diferenciades tenen una vida mitja d'una setmana, cada dia perdem (recanviem) uns 5 grams d'aquestes cèl·lules. Per tant, segons el seu origen, també podem classificar les cèl·lules mare en embrionàries (pluripotents o multipotents) i adultes (multipotents o unipotents).

Per què generen tanta atenció i alhora tanta polèmica les cèl·lules mare?

Desprès del llançament de les bombes atòmiques a Hiroshima i Nagasaki (agost del 1945), es va veure que molta gent exposada a la irradiació moria al cap d'un temps degut a una baixada important de glòbuls vermells i blancs de la sang. Experiments en ratolins irradiats varen mostrar que el transplantament de moll d'os, on resideixen les cèl·lules mare adultes de l'hematopoesi (procés de producció de les cèl·lules de la sang), protegien l'hoste de la pèrdua dels glòbuls blancs. Aquests resultats mostraren la potencialitat terapèutica de les cèl·lules mare. L'any 1981 es varen aïllar i cultivar "in vitro" les primeres cèl·lules mare embrionàries pluripotents de ratolí. L'any 1998 es va aconseguir el mateix amb cèl·lules embrionàries humanes. El possible ús terapèutic d'aquestes cèl·lules, per reemplaçar cèl·lules velles o malmeses degut a diferents malalties, va disparar tot tipus d'alarmes bioètiques. El motiu era l'origen d'aquestes cèl·lules, normalment embrions humans sobrants de processos de fecundació in vitro, que portaven massa temps congelats i no eren aptes ja per a ser utilitzats per a finalitats reproductives.

La recerca realitzada per trobar una altra font de cèl·lules mare pluripotents, va portar l'any 2006 a Masayo Takahashi i Shinya Yamanaka (aquest últim, premi Nobel de Fisiologia o Medicina el 2012), a reprogramar fibroblasts de ratolí adult a cèl·lules mare: a partir de fibroblasts de ratolí (cèl·lules diferenciades del teixit conjuntiu) cultivats "in vitro" i modificats per tal d'expressar un còctel de 4 proteïnes present només en cèl·lules embrionàries (l'anomenat còctel Yamanaka), es van obtenir cèl·lules mare pluripotents. Són les anomenades iPSCs (cèl·lules mare pluripotents induïdes). Un any més tard, els mateixos autors varen aconseguir el mateix a partir de fibroblasts humans (Fig. 1). Aquesta estratègia elimina d'un cop els problemes ètics deguts a l'origen de les cèl·lules i també possibles problemes de rebuig, donant moltes esperances al possible ús terapèutic de cèl·lules reprogramades procedents del propi pacient. Inicialment, aquest procés de reprogramació "in vitro" tenia un cert risc de generar mutacions que posteriorment podrien derivar cap a processos cancerosos un cop dins l'hoste. Durant els darrers deu anys, s'ha millorat el mètode de reprogramació i s'ha treballat molt amb els processos de rediferenciació d'aquestes cèl·lules pluripotents reprogramades o iPSC per diferenciar-les "in vitro" cap a diferents tipus cel·lulars d'òrgans com ull, fetge, cervell, intestí o ronyo afegint els factors que se sap que actuen durant el desenvolupament d'aquestes estructures (Fig. 1). El 2014 s'ha realitzat el primer transplantament pilot de cèl·lules iPSC diferenciades "in vitro" cap a cèl·lules de la retina a un pacient amb degeneració macular, al cap de dos anys ha mostrat petites millores en la visió i cap problema de rebuig o tumors. S'ha observat també com, de manera sorprenent, cultius in vitro de cèl·lules iPSCs diferenciades són capaços de créixer, diferenciar-se i auto-organitzar-se en petits fetges, ronyons, cervells o intestins, formant el que s'anomenen "organoids" (petits òrgans semblants als òrgans presents en organismes adults (Fig. 1). Aquests organoids no poden substituir l'òrgan adult, però, la seva similitud permet realitzar estudis paral·lels de farmacologia; testar "in vitro" la resposta a fàrmacs dels organoids formats per cèl·lules de la persona malalta. A tall d'exemple, s'està fent un seguiment del procés de deteriorament en la malaltia de Parkinson, un dels processos més comuns de neurodegeneració associada a l'edat. A partir de cèl·lules iPSC de malalts de Parkinson s'accelera el seu deteriorament "in vitro" i es testen noves drogues que puguin impedir aquest procés de degeneració. Resumint, l'aplicació més acceptada dels organoids obtinguts a partir de cèl·lules iPSC és experimentar i fer modelatge de les malalties humanes. Això ajudarà a respondre a preguntes com: quins mecanismes patogènics hi intervenen?, quins són els gens responsables de la malaltia?, fer seguiment "in vitro" de la progressió, testar drogues que retardin o curin la malaltia, etc...

Figura1. Esquema  de la reprogramació de cèl·lules diferenciades (fibroblasts) humanes cap a cèl·lules mare pluripotents induïdes (iPSC). Rediferenciació cap a diferents tipus cel·lulars aplicant factors específics per cada tipus cel·lular i formació d'organoids o possible reimplantació cel·lular a l'hoste pacient (sageta gran).

Quimeres interespecífiques, una nova font d'òrgans

La manca d'un banc d'òrgans per donació prou ampli per cobrir la demanda de trasplantament, ha obert la possibilitat d'investigar l'ús de quimeres entre espècies per produir aquests òrgans. Aquests òrgans a la carta es volen aconseguir amb les cèl·lules del mateix individu per substituir un òrgan malmès (evitant així problemes de rebuig). Donat que no s'ha resolt el complex procés de morfogènesi "in vitro" (generar òrgans en una placa de petri a partir de cèl·lules iPSC), s'ha recorregut als millors i més fiables dissenyadors de formes i òrgans, el mateixos embrions. El gener d'aquest any 2017 s'han publicat els primers resultats de quimeres funcionals entre dues espècies de mamífers, rata/ratolí. Val a dir, que en aquests treballs hi participen investigadors de l'Hospital Clínic de Barcelona-IDIBAPS de la Universitat de Barcelona. Que és una quimera interespecífica? Es un organisme que conté cèl·lules (teixits o òrgans) de dues espècies. Com aconseguir un organisme quimera? Dins d'un embrió primerenc (estadi de blàstula, que recordem conté les cèl·lules mare pluripotents) que farà d'hoste, hi podem injectar cèl·lules mare embrionàries o iPSC de la segona espècie (donadora). Aquestes últimes es barrejaran i proliferaran junt amb les de l'hoste, participant a l'atzar en la formació del nou organisme "quimera", que creixerà implantat dins l'úter d'una mare de lloguer. L'organisme "quimera" resultant tindrà zones de la pell o de qualsevol altre òrgan formades per cèl·lules de les dues espècies (la donadora i l'hoste) (Fig.2, punts 2,3 i 4). Això s'ha aconseguit entre moltes espècies: rata/ratolí; cabra/ovella; Home/porc; Home/vaca. Aquestes quimeres mostren teixits totalment barrejats amb cèl·lules de les dues espècies. Com aconseguir que l'hoste faci d'incubador d'òrgans específics formats majoritàriament per cèl·lules de l'espècie donadora? Per resoldre aquest punt s'ha recorregut a l'ús de l'edició gènica, CRISPR-Cas9 (Fig.2 punt1). Aquesta metodologia permet modificar (inactivar) de forma dirigida un gen imprescindible per la formació d'un determinat òrgan en l'espècie hoste. D'aquesta manera s'han generat embrions de ratolí incapaços de formar un determinat òrgan, per exemple el pàncrees. Si en aquest embrió primerenc d'hoste mutat de forma dirigida (incapaç de produir pàncrees) li introduïm iPSC de rata normals (Fig.2 punt 2), el pàncrees de la quimera resultant provindrà de les cèl·lules del donador, rata. Es l'anomenat sistema de complementació interespecífic de les cèl·lules mare embrionàries. Aquests organismes quimera rata/ratolí són ratolins amb la mateixa esperança de vida que els ratolins normals en el laboratori. Així s'ha aconseguit cultivar pàncrees, cor i ulls de rata en un ratolí. Els òrgans així produïts tenen la mida de l'hoste (ratolí) tot i que estan formats per cèl·lules d'un organisme més gran (rata). Aquest és un primer pas per intentar produir quimeres entre Home (donador) i porc (hoste) que permetin, en un futur, criar porcs amb òrgans humans per transplantament. Tot i que s'han pogut crear quimeres entre cèl·lules humanes i embrions de porc, les cèl·lules humanes presenten una baixa participació en la formació de l'organisme quimera. Problemes tècnics importants en la integració de cèl·lules i teixits humans en el desenvolupament del porc han impedit, de moment, la consecució d'òrgans humans per aquesta via. Aquests futurs òrgans quimèrics, a més a més, no estarien formats exclusivament per cèl·lules humanes, contindrien teixit nerviós i vascular de l'hoste que potser limitarien la seva funcionalitat un cop trasplantats. Perquè s'està provant en porc? Perquè és l'organisme evolutivament prou proper (s'estimen uns 96 milions d'anys) que permet quimeres viables i que mostra una similitud amb l'Home en fisiologia, anatomia i mida dels òrgans. Actualment es treballa també amb altres ungulats com vaca i xai on les quimeres interespecífiques amb l'home s'ha vist que també són parcialment viables.

Figura 2. Esquema de les diferents metodologies emprades per generar quimeres interespecífiques rata/ratolí per generar òrgans de rata dins el ratolí. 1 Edició gènica de l'hoste per inactivar el gen Pdx1, responsable de la formació de pàncrees. 2 reprogramació de cèl·lules de rata cap a cèl·lules induïdes pluripotents iPSC, seguit d'injecció dins la blàstula de ratolí. 3 Implantació de la blàstula hoste a l'úter d'una mare de lloguer (ratolí). 4  desenvolupament de la quimera interespecífica (en verd, cèl·lules de rata; verd encerclat vermell, pàncrees format exclusivament per cèl·lules de rata)

Estem davant l'inici d'una nova medicina "regenerativa" que obre un gran debat ètic com el de superar el tabú de creuar la barrera entre espècies. Si això pot beneficiar la medicina, s'ha de permetre? Caldrà clarificar el paisatge social, ètic i legal que permeti avançar en l'aplicació d'aquests descobriments. Caldrà establir protocols per informar i obtenir el consentiment de les persones donadores de les seves cèl·lules. Per altra banda, els animals quimera, quin grau d'humanització hereten? si generen cèl·lules de la línia germinal humanes o del seu cervell, s'han de considerar semi humans? Quin tracte hauran de tenir? Sembla ciència ficció, però hi hem d'anar pensant. Caldrà informar a la societat i, entre tots decidir si les quimeres aporten més solucions que nous problemes.

Emili Saló i Boix

Catedràtic de Genètica de la Universitat de Barcelona

Coordinador de l'assignatura de Regeneració i Cèl·lules mare dins el màster de Genètica i Genòmica de la Universitat de Barcelona

Comentaris


No hi ha cap comentari

Comenta aquest article

Publicitat
Publicitat