«Hemos colonias.»

Shinya Yamanaka miró con sorpresa al postdoctorado que había hablado. «Tenemos colonias,» volvió a decir Kazutoshi Takahashi., Yamanaka saltó de su escritorio y siguió a Takahashi a su sala de cultivo de tejidos, en la Universidad de Kyoto en Japón. Bajo un microscopio, vieron pequeños grupos de células, la culminación de cinco años de trabajo y un logro que Yamanaka ni siquiera había estado seguro de que fuera posible.

dos semanas antes, Takahashi había tomado células de la piel de ratones adultos y los había infectado con un virus diseñado para introducir 24 genes cuidadosamente seleccionados. Ahora, las células habían sido transformadas., Se veían y se comportaban como células madre embrionarias — células ‘pluripotentes’, con la capacidad de convertirse en piel, nervio, músculo o prácticamente cualquier otro tipo de célula. Yamanaka miró la alquimia celular que tenía ante él. «En ese momento, pensé, ‘Esto debe ser algún tipo de error'», recuerda. Le pidió a Takahashi que realizara el experimento una y otra vez. Cada vez, funcionó.

durante los siguientes dos meses, Takahashi redujo los genes a solo cuatro que eran necesarios para retroceder el reloj del desarrollo., En junio de 2006, Yamanaka presentó los resultados a una sala aturdida de científicos en la reunión anual de la Sociedad Internacional para la investigación de Células Madre en Toronto, Canadá. Llamó a las células ‘células COMO ES’, Pero más tarde se referiría a ellas como células madre pluripotentes inducidas, o células iPS. «Mucha gente simplemente no lo creía», dice Rudolf Jaenisch, un biólogo del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, que estaba en la sala. Pero Jaenisch conocía y confiaba en el trabajo de Yamanaka, y pensó que era «ingenioso».,

Las células prometían ser una bendición para la medicina regenerativa: los investigadores podrían tomar la piel, la sangre u otras células de una persona, reprogramarlas en células iPS, y luego usarlas para cultivar células hepáticas, neuronas o lo que sea necesario para tratar una enfermedad. Esta terapia personalizada evitaría el riesgo de rechazo inmune y evitaría las preocupaciones éticas del uso de células derivadas de embriones.

diez años después, los objetivos han cambiado, en parte porque esas terapias han demostrado ser difíciles de desarrollar., El único ensayo clínico con células iPS se detuvo en 2015 después de que solo una persona hubiera recibido un tratamiento.

pero las células iPS han dejado su marca de una manera diferente. Se han convertido en una herramienta importante para modelar e investigar enfermedades humanas, así como para detectar medicamentos. Las formas mejoradas de fabricar las células, junto con las tecnologías de edición de genes, han convertido a las células iPS en un caballo de batalla de laboratorio, proporcionando un suministro ilimitado de tejidos humanos que alguna vez fueron inaccesibles para la investigación., Esto ha sido especialmente valioso en los campos del desarrollo humano y las enfermedades neurológicas, dice Guo-li Ming, neurocientífico de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, que ha estado utilizando células iPS desde 2006.

El campo todavía está experimentando dolores de crecimiento. A medida que más y más Laboratorios adoptan células iPS, los investigadores luchan con la consistencia. «El mayor desafío es conseguir que todos estén en la misma página con el control de calidad», dice Jeanne Loring, bióloga de células madre en el Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California., «Todavía hay documentos que salen donde la gente ha hecho algo notable con una línea celular, y resulta que nadie más puede hacerlo», dice. «Tenemos toda la tecnología. Solo necesitamos que la gente lo use bien.»

de la piel a los ojos

seis semanas después de presentar sus resultados, Yamanaka y Takahashi publicaron 1 las identidades de los genes responsables de la reprogramación de las células adultas: Oct3/4, Sox2, Klf4 y c-Myc. Durante el año siguiente, tres laboratorios, incluido el de Yamanaka, confirmaron los resultados y mejoraron el método de reprogramación2, 3, 4., En otros seis meses, Yamanaka y James Thomson de la Universidad de Wisconsin–Madison lograron reprogramar células adultas de humanos5, 6. Laboratorios de todo el mundo se apresuraron a utilizar la técnica: a finales de 2009, se habían publicado unos 300 artículos sobre células iPS.

muchos laboratorios se centraron en determinar qué tipos de células adultas podrían reprogramarse y en qué podrían transformarse las células iPS resultantes., Otros intentaron mejorar aún más la receta de reprogramación, inicialmente eliminando la necesidad de usar c-Myc, un gen con el potencial de convertir algunas células cancerosas, y más tarde entregando los genes sin que se integren en el genoma, una preocupación de seguridad inminente para las terapias basadas en células iPS.

otra gran pregunta fue cuán similares eran realmente las células iPS a las células ES. Empezaron a surgir diferencias. Los científicos descubrieron8 que las células iPS retienen una «memoria epigenética», un patrón de marcas químicas en su ADN que refleja su tipo de célula original., Pero los expertos argumentan que tales cambios no deberían afectar el uso de las células en terapias. «Puede haber algunas diferencias con las células ES, pero creo que realmente no son relevantes», dice Jaenisch.

Por 2012, cuando Yamanaka ganó la mitad del Premio Nobel de Fisiología o Medicina por el trabajo, se estaba planeando el primer ensayo en humanos de una terapia basada en células iPS., Masayo Takahashi, un oftalmólogo en el Centro RIKEN para la biología del desarrollo (CDB) en Kobe, Japón, había estado desarrollando tratamientos basados en células ES para enfermedades de la retina cuando Yamanaka publicó por primera vez su método de reprogramación. Rápidamente cambió a células iPS, y finalmente comenzó a colaborar con Yamanaka.

en 2013, su equipo creó células iPS a partir de células de la piel de dos personas con degeneración macular relacionada con la edad, una afección ocular que puede conducir a la ceguera, y las utilizó para crear láminas de células del epitelio pigmentario de la retina (RPE) para un ensayo clínico., No mucho tiempo después, los investigadores de CDB que trabajaban en otra técnica de reprogramación celular, la adquisición de pluripotencia desencadenada por estímulos, o STAP, fueron investigados por mala conducta. Aunque no estaba relacionada con el ensayo iPS-cell, el furor le dificultó a Takahashi avanzar en su estudio: creó un «viento en contra en el mar tranquilo» en el que había estado trabajando, dice. Sin embargo, su equipo siguió adelante, y el 12 de septiembre de 2014, los médicos implantaron Las primeras hojas de RPE en el ojo derecho de una mujer de unos setenta años., Takahashi dice que la terapia detuvo la degeneración macular de la mujer y aclaró su visión.

pero mientras el laboratorio se preparaba para tratar al segundo participante del ensayo, El equipo de Yamanaka identificó dos pequeños cambios genéticos tanto en las células iPS del paciente como en las células RPE derivadas de ellas. No había evidencia de que ninguna de las mutaciones estuviera asociada con la formación de tumores, sin embargo, «para estar en el lado seguro» Yamanaka aconsejó a Takahashi que suspendiera el ensayo. Lo hizo.,

la suspensión dio pausa a otros investigadores interesados en el campo, dice Paul Knoepfler, un biólogo de células madre de la Universidad de California, Davis: «el mundo está mirando para ver cómo progresa.»Pero las dificultades que las células iPS han enfrentado para llegar a la clínica no son tan inusuales, dice David Brindley, quien estudia la regulación y fabricación de células madre en la Universidad de Oxford, Reino Unido. Por lo general, se tarda unos 20 años en trasladar un descubrimiento científico a la adopción clínica y comercial, por lo que las células iPS «están siguiendo aproximadamente la misma trayectoria», dice.,

en los Estados Unidos, el Astellas Institute for Regenerative Medicine en Marlborough, Massachusetts (anteriormente Advanced Cell Technology), tiene varias terapias basadas en células iPS en su cartera, incluidas las para la degeneración macular y el glaucoma, dice el director científico Robert Lanza. Para cualquier terapia de este tipo, se necesitan años para elaborar un método adecuado para hacer los tipos de células adecuadas en cantidades suficientemente grandes y con suficiente pureza. «las células iPS son las terapias más complejas y dinámicas que se han propuesto para la clínica», dice Lanza., «Soy el primero que quiere ver estas células en la clínica, pero se necesita mucha precaución.»

el otro gran desafío es determinar qué se requerirá para obtener la aprobación de dichos tratamientos. Loring espera comenzar un ensayo de Terapia Celular iPS para la enfermedad de Parkinson en los próximos dos años. Pero no será fácil: el tratamiento utiliza células derivadas de pacientes individuales, y Loring planea hacer una compleja serie de comprobaciones y validaciones para cada línea celular para demostrar su seguridad a la administración de alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos.,

desarrollar y probar una terapia en una sola persona ha sido educativo, dice Yamanaka: tomó un año y US million 1 millón. Espera que las futuras terapias utilicen células iPS derivadas de donantes de un banco de células, en lugar de fabricarlas para cada paciente.

Takahashi planea comparar las células iPS almacenadas lado a lado con las derivadas de los pacientes, para observar cualquier diferencia en la reacción inmune. Ella tiene la intención de solicitar al gobierno japonés que reanude su ensayo de degeneración macular «muy pronto», pero cuando se le preguntó, no especificó una línea de tiempo.,

mejoras celulares

aunque la terapia celular ha sufrido reveses, otras áreas de investigación han florecido. Los métodos para fabricar células iPS «son más refinados y elegantes que hace cinco años», dice Knoepfler.

pero la mayoría de las técnicas de reprogramación son ineficientes: solo una pequeña fracción de células terminan totalmente reprogramadas. Y, como todas las líneas celulares, las células iPS varían de una cepa a otra. Esto ha dificultado el establecimiento de controles en los experimentos.,

Marc Tessier-Lavigne, neurocientífico de la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York, se enfrentó a este desafío con colegas de la Fundación de Células Madre De Nueva York cuando comenzaron a trabajar con células iPS hechas de personas con enfermedad de Alzheimer de inicio temprano y demencia frontotemporal. Rápidamente se dieron cuenta de que comparar las células iPS de un paciente con las de un control saludable no funcionó: las células se comportaron de manera demasiado diferente en el cultivo, probablemente el resultado de disparidades en el fondo genético o la expresión génica. «Así que recurrimos a la edición de genes», dice Tessier-Lavigne.,

la herramienta de edición de genes CRISPR–Cas9, que ha ganado gran popularidad en los últimos años, ha permitido a los investigadores introducir mutaciones asociadas a enfermedades en una muestra de células iPS y luego compararlas con las líneas celulares originales sin editar. El laboratorio de Jaenisch utiliza CRISPR-Cas9 con células iPS diariamente. «Podemos hacer cualquier manipulación que queramos hacer», dice.

nuevos y refinados métodos de edición de genes están demostrando ser aún más útiles., En abril, por ejemplo, Dominik Paquet y Dylan Kwart en el laboratorio de Tessier-Lavigne demostraron una técnica para introducir mutaciones puntuales específicas en las células iPS utilizando CRISPR, y editar solo una copia de un gen, en lugar de ambos. Esto les permitió generar células con combinaciones precisas de mutaciones asociadas al Alzheimer y estudiar los efectos.

pero debido a que las células iPS se asemejan a las células embrionarias, no siempre son ideales para estudiar enfermedades de aparición tardía como la demencia. Por lo tanto, los investigadores están explorando formas de estresar las células o introducir proteínas que las envejecen prematuramente., «Es una preocupación válida que no se ha resuelto, pero hay una serie de enfoques para realmente tratar de abordarla», dice Tessier-Lavigne.

el hecho de que las células iPS imiten el desarrollo humano temprano ha demostrado ser útil en otro campo: el sprint para descubrir si y cómo la infección con el virus del Zika en mujeres embarazadas podría conducir a microcefalia, una condición en la que la cabeza de un bebé es más pequeña de lo esperado. Ming y sus colegas han utilizado células iPS para crear organoides cerebrales — bits 3D de tejido que se asemejan a los órganos en desarrollo., Cuando los expusieron al Zika, descubrieron que el patógeno infecta preferentemente las células madre neurales sobre las neuronas recién formadas, lo que lleva a un aumento de la muerte de las células madre neurales y una disminución en el volumen de una capa de neuronas en la corteza, que se asemeja a la microcefalia.

otros grupos han utilizado células iPS para crear organoides como mini-guts y mini-hígados, y la lista de descubrimientos relacionados con enfermedades que utilizan células iPS está creciendo., Incluye mostrar cómo una duplicación génica en el glaucoma causa la muerte de los grupos de células nerviosas 11, y recapitular las alteraciones genéticas y celulares asociadas con la enfermedad de Huntington12.

las células iPS también se han utilizado con cierto éxito en el descubrimiento de medicamentos: proporcionan una fuente abundante de células derivadas del paciente para detectar o probar medicamentos experimentales. En 2012, por ejemplo, se utilizaron células madre neuronales hechas de personas con una enfermedad del desarrollo de células nerviosas para examinar casi 7.000 moléculas pequeñas e identificar un fármaco potencial para la condición13., Y este año, un equipo informó14 generando neuronas sensoriales a partir de células iPS hechas de personas con un trastorno de dolor hereditario. Los investigadores demostraron que un compuesto bloqueador de sodio reducía la excitabilidad de las neuronas y disminuía el dolor en los pacientes. Sería genial usar células iPS para predecir si las personas responderán a un medicamento en particular, dice Edward Stevens, investigador de la unidad de Investigación de Neurociencia y dolor de Pfizer en Cambridge, Reino Unido, quien dirigió el trabajo, pero tendrá que haber mucha más evidencia de que tal estrategia funcione.,

incluso después de una década de reprogramación de células (ver ‘inducir una revolución’), los investigadores no saben en detalle cómo ocurre realmente el proceso. Por ahora, el campo se centra en verificar sistemáticamente la identidad y seguridad de las líneas celulares, comprobando sus genomas, patrones de expresión génica y más. Uno de estos esfuerzos, el Banco Europeo de células madre pluripotentes inducidas, con sede en Cambridge, Reino Unido, lanzó públicamente su catálogo de células iPS estandarizadas para su uso en el modelado de enfermedades Este mes de marzo., Yamanaka también participa en el banco de células iPS para futuras terapias, recolectando variedades que serían inmunológicamente compatibles en una amplia población.

los mayores desafíos futuros, dice, no son científicos. Los investigadores van a necesitar un fuerte apoyo de la industria farmacéutica y los gobiernos para avanzar con las terapias celulares; para el descubrimiento de fármacos y el modelado de enfermedades, los investigadores deben ser persistentes y pacientes. las células iPS solo pueden acortar el proceso de descubrimiento, no omitirlo, dice. «No hay magia. Con las células iPS o cualquier nueva tecnología, todavía lleva mucho tiempo.,”