Investigadores del 'Stowers Institute for Medical Research', en Estados Unidos, han capturado la célula que es capaz de regenerar un organismo completo. Durante más de un siglo, los científicos han sido testigos de los efectos de esta maravilla celular, que permite a criaturas como el gusano planariano realizar hazañas que desafían a la muerte como volver a desarrollar una cabeza cortada. Pero hasta hace poco, carecían de las herramientas necesarias para apuntar y rastrear esta célula, para que pudieran verla en acción y descubrir sus secretos.
Ahora, al ser pioneros en una técnica que combina genómica, análisis de células individuales, citometría de flujo e imagen, los científicos han aislado esta asombrosa célula regenerativa, un subtipo de la célula madre pluripotente estudiada durante mucho tiempo, antes de realizar su notable acto.
Los hallazgos, publicados en la edición de este jueves de la revista 'Cell', probablemente impulsarán los estudios biológicos sobre organismos altamente regenerativos como las planarias y también aportarán información a los esfuerzos de medicina regenerativa para otros organismos como los humanos que tienen menos capacidad regenerativa.
"Esta es la primera vez que se ha aislado prospectivamente una célula madre pluripotente para adultos --dice el autor principal del estudio, Alejandro Sánchez Alvarado, investigador del Instituto Stowers y del Instituto Médico Howard Hughes--. Nuestro descubrimiento esencialmente dice que esto ya no es una abstracción, que realmente existe una entidad celular que puede restaurar las capacidades regenerativas de los animales que la han perdido y que esa entidad ahora puede ser purificada viva y estudiada en detalle".
Cada organismo multicelular se construye a partir de una sola célula, que se divide en dos células idénticas, luego cuatro, y así sucesivamente. Cada una de estas células contiene las mismas hebras retorcidas de ADN, y se considera pluripotente, lo que significa que puede dar lugar a todos los tipos de células posibles en el cuerpo. Pero en algún punto del camino, esas células iniciales, conocidas como células madre embrionarias, se resignan a un destino diferente y se convierten en células de la piel, células del corazón, células musculares u otro tipo de célula.
En los humanos, no se conocen células madre pluripotentes después del nacimiento. En los organismos planarios, se quedan en la edad adulta, donde se conocen como células madre pluripotentes adultas o neoblastos. Los científicos creen que estos neoblastos contienen el secreto de la regeneración.
UN CONGLOMERADO DE SUBTIPOS CELULARES
Aunque los neoblastos han sido objeto de investigación científica desde finales de 1800, solo en las últimas dos décadas los científicos han podido caracterizar a esta poderosa población de células utilizando ensayos funcionales y técnicas moleculares. Sus esfuerzos demostraron que esta población celular aparentemente homogénea era en realidad un conglomerado de diferentes subtipos, con distintas propiedades y diferentes patrones de expresión genética.
"Podríamos tener que trasplantar más de cien células individuales en tantos gusanos para encontrar una que sea verdaderamente pluripotente y pueda regenerar el organismo --reconoce Sánchez Alvarado--. Eso es mucho trabajo, solo para encontrar la célula que se ajuste a la definición funcional de un verdadero neoblasto. Y si queremos definirlo molecularmente identificando los genes que la célula está expresando, tenemos que destruir la célula para su procesamiento. No había forma de hacer eso y mantener viva la célula para rastrearla durante la regeneración".
Sánchez Alvarado y su equipo comenzaron a buscar una característica distintiva que pudiera identificar a esta elusiva célula antes de tiempo. Una característica que se ha usado durante mucho tiempo para distinguir los neoblastos de otras células es un marcador de células madre conocido como piwi-1, por lo que el investigador postdoctoral asociado Zeng decidió comenzar allí.
Primero, separó las células que expresaron este marcador de las que no lo hacen. Entonces, notó que las células podían separarse en dos grupos: uno que expresaba altos niveles de piwi (llamado piwi-high) y otro que expresaba niveles bajos de piwi (llamado piwi-low). Cuando Zeng estudió a los miembros de estos dos grupos, descubrió que sólo aquellos que eran altos se ajustaban a la definición molecular de neoblastos. Entonces, descartó el resto.
"Este tipo de análisis cuantitativo simultáneo de la expresión génica y los niveles de proteína nunca se había hecho antes en planarias --dice Sánchez Alvarado--. No podríamos haberlo hecho sin las asombrosas instalaciones de soporte científico aquí en Stowers, que incluyen biología molecular, citometría de flujo, bioinformática y grupos de imágenes. Muchos investigadores habían supuesto que todas las células que expresaban piwi-1 eran verdaderos neoblastos, y no importa la cantidad de marcador que expresaron. Mostramos que sí importaba".
Luego, Zeng seleccionó 8.000 o más de las células piwi-high y analizó sus patrones de expresión genética. Para su sorpresa, las células no cayeron en uno o dos, sino en 12 subgrupos diferentes. A través de un proceso de eliminación, Zeng excluyó cualquier subgrupo con firmas genéticas que indicaran que las células estaban destinadas a un destino particular, como el músculo o la piel. Eso le dejó con dos subgrupos que aún podrían ser pluripotentes, a los que denominó Nb1 y Nb2.
Convenientemente, las células del subgrupo Nb2 expresaron un gen que codifica un miembro de la familia de proteínas tetraspanina, un grupo de proteínas evolutivamente antiguas y poco entendidas que se sientan en la superficie de las células, Zeng fabricó un anticuerpo que podría adherirse a esta proteína, extrayendo las células que la llevaron de una mezcla de otros neoblastos sospechosos. Luego, transplantó la única célula purificada a un planariano que había sido sometido a niveles letales de radiación.
Estas células no solo repoblaron y rescataron a los animales irradiados, sino que lo hicieron 14 veces más consistentemente que las células purificadas por métodos más antiguos.
"Hemos enriquecido una población de células madre pluripotentes, lo que abre la puerta a una cantidad de experimentos que no eran posible antes -- dice Sánchez Alvarado--. El hecho de que el marcador que descubrimos se exprese no solo en planarias, sino también en humanos, sugiere que hay algunos mecanismos conservados que podemos explotar. Espero que esos primeros principios sean ampliamente aplicables a cualquier organismo que haya dependido de las células madre para convertirse en lo que son hoy. Y eso es esencialmente todo el mundo".
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