jueves, 16 de junio de 2011

ENFERMEDADES EN EL LABORATORIO

Las células madre procedentes de tejidos adultos podrían impulsar el desarrollo de fármacos para combatir enfermedades debilitantes.


En el 2007, Wendy Chung, directora de genética clínica en la Universidad de Columbia, se dirigió al distrito de Queens de la ciudad de Nueva York, para hacer una petición sobre un asunto delicado a las matriarcas de una familia croata marcada por la tragedia. Preguntó a las dos hermanas, de 82 y 89 años de edad, si aceptarían donar algunas de sus células cutáneas para realizar un experimento ambicioso y de resultado incierto pero que, en caso de tener éxito, prometía una doble recompensa. En primer lugar, aceleraría la búsqueda de tratamientos contra la enfermedad incurable que padecía la familia. En segundo lugar, establecería una nueva y valiosa aplicación de las células madre: a partir de células no especializadas se podrían generar numerosos tipos de células del organismo.

Las hermanas padecían esclerosis lateral amiotrófica (ELA), un trastorno nervioso degenerativo que provoca una parálisis progresiva. También se conoce como enfermedad de Lou Gehring, en referencia al jugador de béisbol del equipo de los Yankees, diagnosticado con la dolencia en 1939 y fallecido dos años después. La mujer de 89 años mostraba escasos síntomas de la enfermedad, mientras que su hermana de 82 tenía problemas para caminar y tragar.

Aunque la mayoría de los casos de ELA no son hereditarios, el trastorno había asolado a numerosos miembros de esa familia. Los afectados heredaban una mutación asociada a una variante de la enfermedad de evolución más lenta que la versión que sufren la mayoría de las personas con la dolencia. Chung había seguido el rastro de la enfermedad a través de varias generaciones de la familia en Europa y Estados Unidos.

Las ancianas se sometieron a la prueba complacientes. Chung tardó solo un par de minutos en realizar la biopsia por punción, dos rápidas incisiones en la parte interna del brazo, cada una de ellas de un diámetro de tres milímetros. Las células de las mujeres, junto con muestras de piel de docenas de otros pacientes con ELA y de voluntarios sanos, recibieron más tarde un tratamiento químico para convertirlas en cierto tipo de células madre, estas se reprogramaron para obtener neuronas motoras, células que de forma directa o indirecta controlan los músculos del organismo y se ven afectadas en la ELA. Los cultivos tisulares resultantes presentaban los mismos defectos moleculares que habían provocado la ELA en los donantes respectivos. En otras palabras, los investigadores habían recreado la enfermedad en una placa de Petri con un grado de parecido increíble.


Una vez obtenidas las células, los investigadores podían empezar a estudiar con detalle las alteraciones de las neuronas e iniciar ensayos sobre posibles fármacos con efectos beneficiosos en esas células dañadas. Esta aplicación de las células madre es nueva y contrasta con el ejemplo de las mismas como tratamiento, que hasta ahora ha experimentado, lamentablemente, un lento progreso. De tener éxito, el concepto de enfermedad en una placa de Petri podría acelerar la adquisición de conocimientos sobre numerosas patologías y hacer más rápidos y eficientes los ensayos con fármacos para tratarlas. En estos cultivos "hechos a medida" se podría comprobar la eficacia terapéutica y la toxicidad de los medicamentos. Además de la aplicación en la ELA, hoy día se está experimentando con células madre inducidas para crear modelos de docenas de enfermedades, entre ellas la anemia falciforme, otras hemopatías y la enfermedad de Parkinson. Se han creado así células cardiacas que laten de manera irregular y reproducen  varias arritmias cardiacas. Las compañías farmacéuticas, que durante mucho tiempo han dudado sobre la viabilidad comercial del estudio de las células madre, empiezan ahora a mostrar más interés, porque la estrategia de la enfermedad en una placa de Petri refuerza en varios aspectos el desarrollo industrial de fármacos.


Los primeros resultados del experimento con la ELA se publicaron en 2008. Como en la mayoría de los casos de innovación, el éxito depende no solo de la solidez de la idea, sino del equipo de personas que se reúne para ponerla en marcha. En este caso, además de Chung, se contaba con la participación de Lee L. Rubin, director de medicina translacional en el Instituto de Células Madre en Harvard y antiguo investigador en la industria biotecnológica, y con Kevin C. Eggan, especialista en células madre de Harvard y colaborador de Christopher E. Henderson y otros expertos en neuronas motoras de la Universidad de Columbia.

UNA NUEVA APLICACIÓN DE LAS CÉLULAS MADRE


Las células madre utilizadas en estos estudios no deben confundirse con las células madre embrionarias, las que proceden de embriones en sus primeras etapas de desarrollo. Hace una docena de años, el grupo de James A. Thomson, de la Universidad de Wisconsin-Madison, sorprendió a todo el mundo con la noticia de que había creado células madre embrionarias humanas en un laboratorio. Esas células primordiales poseían la capacidad de autorrenovarse indefinidamente y la versatilidad para convertirse en cualquier tipo celular del organismo. La posibilidad de emplear esas células para crear trasplantes a la carta en numerosas dolencias, desde la enfermedad de Parkinson hasta la diabetes, seducía a los médicos, a los investigadores, a la población general y, sobre todo, a los pacientes con enfermedades incurables.

Pero entonces se hiecieron patentes dos crudas realidades. En primer lugar, un sonado debate público en torno a la ética de la investigación con células madre politizó la ciencia y ralentizó los proyectos; la técnica despertaba inquietud moral porque para obtener las células debían destruirse embriones humanos. Ese debate culminó con la declaración del ex-presidente George W. Bush en agosto de 2001 de que los Institutos Nacionales de Salud restringirían la financiación de los estudios que utilizasen alguna de las pocas líneas de células madre embrionarias ya existentes. Ello impedía en la práctica la generación de nuevas células madre, entre ellas las líneas celulares con una enfermedad específica. Como respuesta, destacados equipos de las universidades de Harvard, columbia y Stanford, junto con grupos de apoyo a los pacientes (como el Proyecto ELA y la Fundación Células Madre de Nueva York), fundaron laboratorios independientes para seguir investigando con financiación privada. En 2009, la administración Obama relajó la normativa que dirigía la investigación con células madre, pero una sentencia de un tribunal federal en 2010 prohibió de nuevo a los Institutos Nacionales de Salud apoyar los proyectos, lo que sumió al campo en la incertidumbre científica y el caos económico.

El segundo problema fue de carácter científico. Tal y como lo recuerda Valerie Estess, directora científica del Proyecto ELA, se inició una desenfrenada carrera para demostrar que un simple trasplante de células especializadas derivadas de células madre podría funcionar como terapia celular en una serie de enfermedades. "El gran sueño", explica, "consistía en obtener neuronas motoras a partir de células madre y, a continuación, implantarlas en el cerebro o en la médula espinal para que los pacientes sanaran como si tal cosa". Pero los experimentos repetidos realizados en animales no funcionaron. Desde el principio hasta el final de las pruebas resultaron un fracaso.

En 2002, el equipo de thomas M. Jessell y Hynek Wichterie, de la Universidad de Columbia, publicó un trabajo fundamental en la revista Cell que describía con detalle los factores y el mecanismo que incitaban a las células madre embrionarias a iniciar la ruta biológica que las convertía en neuronas motoras. Rubin, que se había formado en el campo de la neurología y había sido investigador y ejecutivo científico jefe en Curis, una compañía biotecnológica de Massachusetts, vio en ese trabajo datos prometedores que le sugerieron una aplicación diferente de las células madre. Se dio cuenta de que la creación de una enfermedad en una placa de Petri podría representar un método revolucionario para descubrir fármacos. A diferencia de otros científicos académicos, estaba familiarizado con el desarrollo de fármacos. Cuando trabajaba en el campo de la biotecnología había estudiado una molécula que acabó por convertirse en el lucrativo medicamento contra la esclerosis múltiple: el Tysabri.


Tras conocer los resultados de Jessell y Wichterie, Rubin esbozó un plan de negocio para un nuevo tipo de instituto de células madre, "no uno que se centrase en la terapia celular -algo que interesaba a todos los biólogos que trabajaban con células madre- sino en el uso de esas células para descubrir medicamentos", destaca. En aquel momento, las entidades de capital de riesgo no quisieron saber nada del tema. Por tanto, Rubin desarrolló la idea en Curis, y se encontró en la atroña muscular espinal, una enfermedad de las neuronas motoras infantiles con una patología similar a la ELA. Cuando Curis decidió abandonar el proyecto en 2006, Rubin dejó la compañía biotecnológica y se trasladó al Instituto de Células Madre en Harvard para seguir con la idea de estudiar "enfermedades" en una placa de Petri.


Poco después, el biólogo Shinya Yamanaka  puso a punto una técnica que acabaría por transformar no sólo la ciencia de las células madre, sino la política en torno a su aplicación. En un congreso científico que tuvo lugar en Whistler (Columbia Británica) en marzo de 2006, el científico de la Universidad de Kyoto describió un procedimiento para obtener y "reprogramar" células adultas normales de mamífero. Básicamente, Yamanaka había modificado bioquímicamente las células adultas para que volviesen a un estado similar al embrionario o al de las células madre sin necesidad de utilizar o destruir embriones. Denominó a estas células "células madre pluripotenciales inducidas" (CMPI). Un año después, Yamanaka y Thomson, de la Universidad de Wisconsin, publicaron por separado que habían generado CMPI a partir de tejido humano.

Uno de los asistentes al congreso de Whistler era Eggan, experto en reprogramación celular de la Universidad de Harvard. Él mismo se hallaba embarcado en su propia versión del concepto "enfermedad en una placa de Petri". Había puesto en marcha varios proyectos para obtener una célula adulta, hacer que regresara a un estado similar al embrionario y que se replicara, tras lo cual recuperaría las células madre de la colonia resultante. Sin embargo, trataba de crear células parecidas a las embrionarias al "viejo estilo", es decir, mediante la misma técnica de clonación que dio lugar a la oveja Dolly. Eggan extraía el núcleo de una célula adulta (por ejemplo, una célula de la piel) y lo implantaba en un óvulo sin fecundar al que se había extirpado el núcleo. Sin embargo, la clonación resultaba muy ineficaz y también controvertida, si se pretendía reprogramar células humanas, porque había que encontrar mujeres dispuestas a donar sus óvulos para el experimento.


No obstante, mediante la estrategia de Yamanaka, en verano de 2007 el equipo de Eggan consiguió que la técnica de las CMPI funcionase en un ensayo con células humanas. Todo estaba a punto para demostrar el concepto de "enfermedad en una placa de Petri". El grupo de Chung ya había recolectado células de las dos hermanas croatas y de otros pacientes con ELA con la idea de utilizarlas en los experimentos de clonación de Eggan. Gracias a la financiación privada, el Proyecto ELA había creado un laboratorio especial cerca de la Universidad de Columbia, donde los investigadores venían reuniendo líneas celulares de otros pacientes (entre ellas, las hermanas ancianas) desde hacía meses. De repente, la estrategia de las CMPI ofrecía mejores perspectivas de éxito. "Fue un capricho del destino, ya que habían tomado muestras cutáneas teniendo en mente un experimento muy distinto", comenta Estess, del Proyecto ELA.

De entre todas las líneas celulares con ELA, la que se haría más célebre procedía de la más joven de las hermanas croatas, identificada como paciente A29. Las células cutáneas de ambas hermanas fueron reprogramadas con éxito en neuronas, pero la edad y el desarrollo de la enfermedad en la paciente A29 permitieron demostrar que la técnica de las CMPI podía generar células que reflejaban una enfermedad grave y de por vida. "Seleccionaron esas muestras porque pertenecían a las personas de mayor edad del estudio", comentó Eggan. "Querían comprobar que se podían reprogramar células incluso de una persona muy anciana que había sufrido la enfermedad durante gran parte de su vida. Se trataba de un caso muy especial.

Los resultados se publicaron el 29 de agosto de 2008 en la revista Science y fueron aclamados por la prensa como un hito científico. La idea de utilizar células madre para crear una enfermedad en una placa de Petri prometía el acceso experimental a células que, en otras circunstancias, serían muy difíciles o imposibles de obtener: las neuronas motoras características de la ELA y de la atrofia muscular espinal. Las células cerebrales de multitud de trastornos neurodegenerativos o las células pancreáticas típicas de la diabetes juvenil.

CÉLULAS MADRE A LA CARTA



En los últimos dos años, la colaboración entre las universidades de Columbia y Harvard ha producido al menos 30 líneas celulares humanas específicas para el estudio de la ELA, y hay más en camino. Muchas de esas líneas contienen mutaciones únicas descubiertas en personas con casos inusualmente graves de ELA. Y lo que es más importante, la estrategia de la "enfermedad en una placa de Petri" está empezando a dar muestras de su potencial al permitir profundizar en la naturaleza de la alteración en las neuronas motoras. En las células de las dos hermanas se han identificado rutas moleculares que parecen estar implicadas en la muerte de las motoneuronas; esta tiene lugar cuando las células resultan "intoxicadas" por otro tipo de neuronas, los astrocitos. Hoy en día se colocan ambos tipos de neuronas (las motoras y los astrocitos) en una placa de Petri para investigar posibles compuestos terapéuticos que bloqueen la actividad tóxica de los astrocitos o incrementen la supervivencia de las motoneuronas.

En enero de 2010, investigadores del Proyecto ELA iniciaron un estudio preliminar de unos 2000 compuestos para ver si alguno de ellos prolongaba la supervivencia de neuronas motoras humanas portadoras del gen ELA mutado. Ese estudio representaba una nueva estrategia en la búsqueda de fármacos: se empezó por ensayar sustancias que ya habían sido aprobadas por la Agencia Federal de Fármacos y Alimentos (FDA) para el tratamiento de otras enfermedades. Se albergaba la esperanza de descubrir una molécula que hubiese demostrado ser inocua en humanos y que se pudiese utilizar rápidamente con otros fines, como en la enfermedad motoneuronal. En sus investigaciones paralelas llevadas a cabo en Harvard, Rubin ha identificado casi dos docenas de pequeñas moléculas que interaccionan con una de las rutas recientemente identificadas y aumenta la supervivencia de las neuronas motoras. En la actualidad, la Fundación Atrofia Muscular Espinal está examinando uno de los compuestos en un modelo animal de la atrofia muscular espinal.


Quizás un indicio igualmente revelador de que las CMPI representan una estrategia prometedora en el desarrollo de nuevos fármacos es el hecho de que Rubin ha dejado de llamar a la puerta de las compañías farmacéuticas. Desde que en verano de 2008 los investigadores de Columbia y Harvard establecieron el principio de "enfermedad en una placa de Petri" -la posibilidad de producir neuronas con la misma constitución genética que las de personas enfermas-, las compañías farmacéuticas llaman ahora a la puerta de Rubin. Sin mencionar ninguna en concreto por razones de confidencialidad, el científico subraya el interés de las principales compañías farmacéuticas por el nuevo enfoque. El entusiasmo se ha contagiado a las empresas biotecnológicas: muchos de los que investigan la enfermedad motoneuronal en una placa de Petri, entre ellos Eggan y Rubin, han participado en la puesta en marcha de la compañía biotecnológica iPerian, con sede en California. Junto a otras empresas, como Cellular Dynamics International y Fate Therapeutics, constituye una de las iniciativas para adaptar la tecnología de las CMPI al descubrimiento de fármacos.

Mientras tanto, cada vez más investigadores de células madre adoptan el concepto de "enfermedad en una placa de Petri". Poco después de la publicación sobre ELA de 2008, otro grupo del Instituto de Células Madre de Harvard describió el empleo de la técnica de las CMPI para crear cultivos de células enfermas a partir de pacientes con diabetes juvenil, la enfermedad de Parkinson y otras dolencias. Y a finales de 2008, investigadores de Wisconsin, liderados por Clive N. Svendsen (que después se trasladó al Centro Médico Cedars-Sinaí en Los Ángeles), crearon neuronas motoras en una placa de Petri a partir de un paciente con atrofia muscular espinal.

Cuando se preguntó a investigadores de Columbia y de Harvard si las dos hermanas croatas eran conscientes de los avances logrados gracias a las células que donaron, nadie parecía saber nada. Pero, por medio de la hija de la paciente A29, quien accedió a hablar siempre y cuando su nombre y el de sus familiares permaneciesen en el anonimato, se supo que las hermanas aún vivían. La mayor de ellas, que ahora tiene 93 años, sigue sin mostrar casi ningún síntoma de ELA; de hecho, según su sobrina, todavía se vale por sí misma, va de paseo a cualquier sitio, hace las compras, cocina, barre y limpia. La menor de las hermanas, la paciente A29, cumplió 85 el pasado junio; a pesar de padecer ELA, se mueve lentamente y con debilidad, y está agradecida por haber tenido la oportunidad de ayudar.

Todavía hoy, la cruel carga de las enfermedades hereditarias sigue acechando y pone de relieve la urgencia que sienten los que se podrían beneficiar de la nueva aplicación de las células madre para descubrir fármacos. "Soy relativamente joven", afirma la hija de la paciente A29, a quien se le diagnosticó ELA en 2002. "Parece que, a medida que transcurren las generaciones, la enfermedad se manifiesta cada vez más pronto. Nos sentimos como en una carrera contra el tiempo. Yo misma tengo una hija adolescente y esa idea supone una pesada carga para la mente y el corazón".

Autor: Stephen S. Hall. Escritor

Bibliografía:
  • Induced pluripotent stem cells generated from patients with ALS can be differentiated into motor neurons. John T. Dimos en Science, vol. 321, págs. 1218-1221, 29 de agosto de 2008.
  • Study says brain trauma can mimic ALS. Alan Schwarz en New York Times, 17 de agosto de 2010.
  • iPS cells: a promising new platform for drug discovery. George Daley en el blog de ciencia e innovación clínica del Hospital Infantil de Boston, 23 de septiembre de 2010, vectorblog.org/ips-cells-a-promising-new-platform-for-drug-discovery.
  • Diseases in a dish take off. Gretchen Vogel en Science, vol. 330, págs. 1172-1173, 26 de noviembre de 2010.

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