Los estudios publicados en «Cell Reports» y «Nature Cell Biology» están encuadrados dentro de la medicina regenerativa que se basa en el uso de las “células madre pluripotentes inducidas” para el tratamiento de enfermedades. Las células madre se obtendrían por ingeniería inversa a partir de células de tejido adulto en lugar de utilizar embriones humanos o animales vivos.
El hecho de usar las propias células para generar células madre sanguíneas podría acabar con la necesidad de transfusiones de sangre de donantes o de trasplantes de células madre.
Aunque desde 2006 se conocen las células madre pluripotentes inducidas, los científicos aún se tienen pocas certezas sobre cómo se puede imitar la diferenciación celular en el cuerpo humano de forma artificial y segura en el laboratorio con el fin de ofrecer un tratamiento médico específico.
Los dos estudios realizados en la UNSW sobre este campo desvelan nuevos hallazgos sobre cómo se producen los precursores de las células madre sanguíneas en animales y humanos, sino sobre cómo pueden inducirse artificialmente.
En un primer estudio publicado en ‘Cell Reports’, investigadores de la Escuela de Ingeniería Biomédica de la UNSW demostraron cómo una simulación del corazón palpitante de un embrión mediante un sistema de microfluidos en el laboratorio condujo al desarrollo de “precursores” de células madre sanguíneas humanas, que son células madre a punto de convertirse en células madre sanguíneas.
En un segundo estudio publicado recientemente en ‘Nature Cell Biology’, investigadores de UNSW Medicine & Health revelaron la identidad de las células de embriones de ratones responsables de la creación de células madre sanguíneas.
Ambas investigaciones representan importantes avances hacia la comprensión de cómo, cuándo, dónde y qué células intervienen en la creación de células madre sanguíneas. En el futuro, estos conocimientos podrían servir para ayudar a los pacientes de cáncer, entre otros, que han sido sometidos a altas dosis de radio y quimioterapia, a reponer sus agotadas células madre sanguíneas.
Dispositivo que emula el latido y la circulación sanguínea, en el que se reproduce la hematopoyesis
La autora principal, la doctora Jingjing Li, y otros investigadores describieron cómo un sistema de microfluidos de 3 cm por 3 cm bombeaba células madre sanguíneas producidas a partir de una línea de células madre embrionarias para imitar el latido del corazón de un embrión y las condiciones de circulación de la sangre.
En las últimas décadas, los ingenieros biomédicos llevan intentando fabricar células madre sanguíneas en platos de laboratorio para acabar con el problema de la escasez de células madre sanguíneas de donantes, pero ninguno ha sido capaz de lograrlo aún.
“Todavía no comprendemos del todo los procesos que tienen lugar en el microambiente durante el desarrollo embrionario y que conducen a la creación de células madre sanguíneas en torno al día 32 del desarrollo embrionario”, explica la doctora Li.
Y continúa contando que por eso fabricaron, “un dispositivo que imita el latido del corazón y la circulación de la sangre y un sistema de agitación orbital que provoca un estrés de cizallamiento (o fricción) de las células sanguíneas a medida que se mueven por el dispositivo o alrededor en un plato”.
Estos sistemas fomentaron el desarrollo de células madre sanguíneas precursoras que pueden diferenciarse en varios componentes de la sangre: glóbulos blancos, glóbulos rojos, plaquetas y otros, y comprobaron que este mismo proceso, conocido como hematopoyesis, se reproducía en el dispositivo.
El coautor del estudio, el profesor asociado Robert Nordon, reconoce que le asombraba que el dispositivo no sólo creara precursores de células madre sanguíneas que pasaran a producir células sanguíneas diferenciadas, sino que también creara las células del tejido del entorno cardíaco embrionario que es crucial para este proceso.
Las células madre sanguíneas, cuando se forman en el embrión, lo hacen en la pared de la aorta y desde la aorta van a la circulación, llegando al hígado y formando lo que se llama hematopoyesis definitiva, o formación de sangre definitiva.
Por tanto lograr que se forme una aorta y que las células salgan realmente de ella a la circulación, ese es el paso crucial necesario para generar estas células células madre sanguíneas.
“Lo que hemos demostrado es que podemos generar una célula que puede formar todos los diferentes tipos de células sanguíneas y que está estrechamente relacionada con las células que recubren la aorta, por lo que sabemos que su origen es correcto, y que prolifera”, resalta Robert Nordon.
Los investigadores son cautelosamente optimistas sobre su logro de emular las condiciones cardíacas de los embriones con un dispositivo mecánico.
Esperan que sea un paso hacia la solución de los problemas que limitan los tratamientos médicos regenerativos en la actualidad: la escasez de células madre sanguíneas de donantes, el rechazo de las células de tejidos de donantes y las cuestiones éticas que rodean el uso de embriones de FIV.
“Las células madre sanguíneas utilizadas en los trasplantes requieren donantes con el mismo tipo de tejido que el paciente”, recuerda el profesor Nordon.
Pero prosigue explicando que con “la fabricación de células madre sanguíneas a partir de líneas de células madre pluripotentes resolvería este problema sin necesidad de donantes con el mismo tipo de tejido, proporcionando un suministro abundante para tratar cánceres de sangre o enfermedades genéticas”.
La doctora Li anuncia que están trabajando en la ampliación de la fabricación de estas células mediante biorreactores.
La importancia de las células estromales PDGFRA+ derivadas de Mesp1
Mientras tanto, y trabajando de forma independiente al equipo de la investigación descrita anteriormente, el profesor John Pimanda y el doctor Vashe Chandrakanthan de la Facultad de Medicina y Salud de la UNSW estaban investigando cómo se crean las células madre sanguíneas en los embriones.
En su estudio con ratones, los investigadores buscaron el mecanismo natural que se produce en los mamíferos para fabricar células madre sanguíneas a partir de las células que recubren los vasos sanguíneos, conocidas como células endoteliales.
“Se sabía que este proceso sucede en los embriones de mamíferos, donde las células endoteliales que recubren la aorta se transforman en células sanguíneas durante la hematopoyesis, pero hasta ahora había sido un misterio la identidad de las células que regulan este proceso”, señala el profesor Pimanda.
Pero lo investigadores lo resolvieron al identificar las células del embrión que pueden convertir las células endoteliales embrionarias y adultas en células sanguíneas.
Estas células son las ‘células estromales PDGFRA+ derivadas de Mesp1’, residen debajo de la aorta y sólo la rodean en una ventana muy estrecha durante el desarrollo embrionario.
Conocer la identidad de estas células arroja pistas sobre cómo se puede incitar a las células endoteliales adultas de los mamíferos a crear células madre sanguíneas, algo que normalmente no pueden hacer.
“La investigación demostró que cuando las células endoteliales del embrión o del adulto se mezclan con células estromales PDGFRA+ derivadas de Mesp1,empiezan a producir células madre sanguíneas”, subraya el profesor Pimanda.
Antes de trasladar este descubrimiento a la práctica clínica hay que seguir investigando y confirmar los resultados en células humanas, pero el descubrimiento podría proporcionar una nueva herramienta potencial para generar células hematopoyéticas injertables.
