Optimización de las células madre para tratar la degeneración macular asociada a la edad (DMAE)
Científicos de la EPFL y del Instituto Karolinska han probado y confirmado un protocolo para cultivar células madre embrionarias humanas y convertirlas en células de la retina para tratar enfermedades oculares como la degeneración macular asociada a la edad.
Un nuevo protocolo puede desarrollar terapias seguras y eficaces basadas en células madre pluripotentes para la degeneración macular asociada a la edad (DMAE).
A medida que envejecemos, también lo hacen nuestros ojos; lo más habitual es que esto implique cambios en nuestra visión y nuevas gafas, pero hay formas más graves de problemas oculares relacionados con la edad. Uno de ellos es la degeneración macular asociada a la edad, que afecta a la mácula, la parte posterior del ojo que nos proporciona una visión nítida y la capacidad de distinguir los detalles. El resultado es una visión borrosa en la parte central de nuestro campo visual.
La mácula forma parte de la retina del ojo, que es el tejido sensible a la luz compuesto principalmente por las células visuales del ojo: células fotorreceptoras de conos y bastones. La retina también contiene una capa llamada epitelio pigmentario de la retina (EPR), que tiene varias funciones importantes, como la absorción de la luz, la limpieza de los residuos celulares y el mantenimiento de las demás células del ojo.
Las células del EPR también nutren y mantienen las células fotorreceptoras del ojo, por lo que una de las estrategias de tratamiento más esperanzadoras para la degeneración macular asociada a la edad es sustituir las células envejecidas y deterioradas del EPR por otras nuevas cultivadas a partir de células madre embrionarias humanas.
Los científicos han propuesto varios métodos para convertir las células madre en EPR, pero todavía hay un vacío en nuestro conocimiento de cómo las células responden a estos estímulos a lo largo del tiempo. Por ejemplo, algunos protocolos tardan unos meses mientras que otros pueden tardar hasta un año. Y, sin embargo, los científicos no tienen claro qué ocurre exactamente durante ese periodo de tiempo.
Poblaciones celulares mixtas
«Ninguno de los protocolos de diferenciación propuestos para los ensayos clínicos ha sido analizado a lo largo del tiempo a nivel unicelular: sabemos que pueden fabricar células pigmentarias de la retina, pero el modo en que las células evolucionan hasta ese estado sigue siendo un misterio», afirma el doctor Gioele La Manno, investigador del programa de Investigación Independiente en Ciencias de la Vida (ELISIR) de la EPFL.
«En general, el trabajo ha estado tan centrado en el producto de la diferenciación, que a veces se ha pasado por alto el camino emprendido», añade. «Para que el área avance, es importante comprender aspectos de la dinámica de lo que ocurre en estos protocolos. El camino hacia la madurez podría ser tan importante como el estado final, por ejemplo para la seguridad del tratamiento o para mejorar la pureza de las células y reducir el tiempo de producción.»
Rastreo de las células madre mientras se convierten en células del EPR
La Manno ha dirigido ahora un estudio con el profesor Fredrik Lanner, del Instituto Karolinska (Suecia), en el que se perfila un protocolo de diferenciación de células madre embrionarias humanas en células del EPR destinado realmente a un uso clínico. Su trabajo demuestra que el protocolo puede desarrollar terapias seguras y eficaces basadas en células madre pluripotentes para la degeneración macular asociada a la edad. El estudio se ha publicado y aparece en la portada de este mes de la revista Stem Cell Reports.
«Los métodos estándar, como la PCR cuantitativa y el ARN-seq masivo, capturan la expresión media de los ARN de grandes poblaciones de células», dice Alex Lederer, estudiante de doctorado en la EPFL y uno de los autores principales del estudio. «En las poblaciones de células mixtas, estas mediciones pueden ocultar diferencias críticas entre las células individuales que son importantes para saber si el proceso se está desarrollando correctamente». En su lugar, los investigadores utilizaron una técnica denominada secuenciación de ARN unicelular (scRNA-seq), que puede detectar todos los genes activos en una célula individual en un momento dado.
Los científicos han propuesto varios métodos para convertir las células madre en EPR, pero todavía hay un vacío en nuestro conocimiento de cómo las células responden a estos estímulos a lo largo del tiempo. Por ejemplo, algunos protocolos tardan unos meses mientras que otros pueden tardar hasta un año. Y, sin embargo, los científicos no tienen claro qué ocurre exactamente durante ese periodo de tiempo.
Observación de los estados intermedios
Mediante el uso de scRNA-seq, los investigadores pudieron estudiar todo el perfil de expresión génica de células madre embrionarias humanas individuales a lo largo del protocolo de diferenciación, que dura un total de sesenta días. Esto les permitió trazar un mapa de todos los estados transitorios dentro de una población a medida que crecían hasta convertirse en células pigmentarias de la retina, pero también optimizar el protocolo y suprimir el crecimiento de las células que no son del EPR, evitando así la formación de poblaciones celulares contaminantes. «El objetivo es evitar las poblaciones celulares mixtas en el momento del trasplante y asegurarse de que las células en el punto final sean similares a las células originales del EPR del ojo del paciente», dice Lederer.
Lo que descubrieron fue que en el camino para convertirse en células del EPR, las células madre pasan por un proceso muy similar al del desarrollo embrionario temprano. Durante este proceso, el cultivo celular adoptó un «patrón embrionario rostral», el proceso que desarrolla el tubo neural del embrión, que se convertirá en su cerebro y en los sistemas sensoriales para la visión, el oído y el gusto. Después de este patrón, las células madre comenzaron a madurar hasta convertirse en células del EPR.
De ojo a ojo: trasplante de células del EPR en un modelo animal
Pero el objetivo del protocolo de diferenciación es generar una población pura de células del EPR que pueda implantarse en las retinas de los pacientes para frenar la degeneración macular. Por ello, el equipo trasplantó su población de células que habían sido monitorizadas con scRNA-seq en el espacio subretiniano de dos conejos hembras blancos albinos de Nueva Zelanda, que son lo que los científicos en este campo denominan un «modelo animal de ojos grandes». La operación se llevó a cabo tras la aprobación del Comité de Ética Experimental Animal del Norte de Estocolmo.
El trabajo demostró que el protocolo no sólo produce una población pura de células del EPR, sino que esas células pueden seguir madurando incluso después de haber sido trasplantadas en el espacio subretiniano. «Nuestro trabajo demuestra que el protocolo de diferenciación puede desarrollar terapias seguras y eficientes basadas en células madre pluripotentes para la degeneración macular asociada a la edad», afirma el Dr. Fredrik Lanner, que actualmente se está asegurando de que el protocolo pueda utilizarse pronto en la clínica.
Referencias
Sandra Petrus-Reurer, Alex R. Lederer, Laura Baqué-Vidal, Iyadh Douagi, Belinda Pannagel, Irina Khven, Monica Aronsson, Hammurabi Bartuma, Magdalena Wagner, Andreas Wron, Paschalis Efstathopoulos, Elham Jaberi, Hanni Willenbrock, Yutaka Shimizu, J. Carlos Villaescusa, Helder André, Erik Sundström, Aparna Bhaduri, Arnold Kriegstein, Anders Kvanta, Gioele La Manno, Fredrik Lanner. Molecular profiling of stem cell-derived retinal pigment epithelial cell differentiation established for clinical translation. Stem Cell Reports 14 June 2022. DOI: 10.1016/j.stemcr.2022.05.005
Autor: Nik Papageorgiou
Imagen: La diferenciación de células madre embrionarias humanas en epitelio pigmentario de la retina para su uso terapéutico en el tratamiento de la degeneración macular avanzada. Los «focos» representan el uso de la secuenciación del ARN unicelular para revelar el estado de la expresión génica de las células en los momentos inicial, medio y final de la diferenciación del epitelio pigmentario de la retina. Crédito: Ella Maru Studio.
Traducción: Asociación Mácula Retina
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