18 de julio de 2002
Investigadores producen neuronas motoras a partir de c閘ulas troncales embrionarias
Unos investigadores han administrado una mezcla precisa de
señales químicas a células troncales embrionarias
(TE) de ratón en cultivo, para hacer que se diferencien en
neuronas motoras funcionales.
El logro fue posible tras una década de trabajo dedicada a
descifrar las señales que activan la diferenciación de
las neuronas motoras, que son las responsables de controlar el
movimiento de los músculos. Los experimentos representan un
adelanto importante en la aplicación de ese conocimiento para
crecer neuronas funcionales a partir de células troncales
—células indiferenciadas que tienen el potencial de
convertirse en muchos tipos diferentes de células
adultas—.
“Este es s髄o el comienzo del intento de utilizar una metodolog韆 racional para estudiar la capacidad de restaurar la funci髇 de las neuronas motoras derivadas de c閘ulas TE”.
Thomas M. Jessell
Según los investigadores, el éxito de los experimentos
con las células de ratón sugiere que se podría
usar el mismo tipo de metodología para crecer neuronas motoras
humanas a partir de células troncales. Tales neuronas
podrían permitir la regeneración del tejido nervioso
perdido debido a una enfermedad o a un trauma.
Los experimentos de los investigadores conducidos por el
investigador del Instituto Médico Howard Hughes Thomas
Jessell , en la Universidad de Columbia, fueron publicados en un
artículo al que se le dio la categoría de
publicación inmediata en la revista Cell y fue publicado
en Internet el 17 de julio de 2002. La investigación fue
financiada en parte por Project A.L.S.
Por más de 15 años, Jessell y sus colegas han estado
intentando dilucidar las delicadas conexiones de las células
nerviosas en la médula espinal en desarrollo. Sus estudios han
demostrado que el sistema nervioso inexperto de vertebrados
chisporrotea de actividad —los genes son activados y desactivados
a un ritmo rápido, transformando células inmaduras en una
fuerte red de millones de células nerviosas
especializadas—. En última instancia, Jessell espera que su
investigación lleve a una comprensión más completa
sobre cómo se construye el sistema nervioso central (SNC)
—esto, dice, puede sugerir nuevas formas de reparar componentes
enfermos o dañados del SNC maduro—.
Según Jessell, el poder generar neuronas motoras a partir de
células troncales resultó de muchos años de
investigación para identificar las señales
químicas en el embrión en desarrollo que hacen que las
células “neuroprogenitoras indiferenciadas” se
diferencien en neuronas motoras de la médula espinal. Estas
señales químicas “conducen” a las
células TE a lo largo de una vía de desarrollo con
estadios sucesivos —primero en neuronas y, en última
instancia, en las aún más especializadas neuronas motoras
de la médula espinal—. Dos de las señales claves,
dijo Jessell, son el ácido retinoico, que convierte las
células nerviosas del cerebro medio en células
progenitoras de la médula espinal, y sonic hedgehog,
proteína que convierte a las células progenitoras de la
médula espinal en neuronas motoras.
“Hasta ahora, hemos estado intentando ensamblar estos pasos de
forma individual”, dijo Jessell. “Pero no hemos demostrado
que se puedan utilizar los factores de señalización
normales conjuntamente para tomar una clase de progenitores
indiferenciados, como las células TE, y mediante
exposición secuencial a estos factores, recapitular esta
vía de desarrollo”.
El primer autor Hynek Wichterle, estudiante postdoctoral en el
laboratorio de Jessell, comenzó usando el ácido retinoico
y otras señales químicas para inducir a las
células TE a que se diferencien en neuronas del cerebro medio y
luego en neuronas de la médula espinal. Los científicos
pudieron seguir los pasos de la diferenciación observando la
expresión de factores de transcripción específicos
que definen la identidad de las células progenitoras de la
médula espinal.
“Los retinoides le darán la identidad a la
médula espinal, pero eso no determina exactamente qué
tipo de neurona emergerá de estas células progenitoras de
la médula espinal”, dijo Jessell. “Y es allí
donde sonic hedgehog se vuelve importante, porque nuestro trabajo y el
de otros han demostrado que se necesita la señalización
mediada por sonic hedgehog, al nivel correcto de activación de
la señal, para generar neuronas motoras”.
De este modo, cuando los científicos expusieron los cultivos
de neuronas de la médula espinal a los niveles apropiados de la
proteína sonic hedgehog, las células se diferenciaron
para convertirse en neuronas motoras. Esta diferenciación
depende significativamente de un estrecho rango de concentraciones de
proteína sonic hedgehog, dijo Jessell, porque en embriones en
desarrollo la cantidad de sonic hedgehog determina qué tipo de
neurona se generará.
En experimentos adicionales, los científicos utilizaron
células TE de ratones transgénicos, cuyas neuronas
motoras fueron marcadas con un colorante fluorescente. Esa
marcación fluorescente les permitió a Jessell y a sus
colegas supervisar, aislar y purificar las neuronas motoras
específicas que habían inducido —técnica que
Jessell cree será crucial en futuros intentos para definir las
vías de señalización involucradas en la
diferenciación neuronal—.
Los investigadores también pudieron abordar un interrogante
importante, a saber, si las neuronas motoras que se habían
desarrollado en cultivo podían funcionar realmente en animales
vivos. “Necesitábamos demostrar qué tan bien les
iba a estas neuronas motoras generadas in vitro cuando se las
ponía en un embrión vivo”, dijo Jessell. “Por
lo tanto, Hynek llevó a cabo la impresionante hazaña
técnica de reintroducir nuevamente a estas neuronas motoras
derivadas de células TE dentro de las médulas espinales
de los embriones de pollos, en una etapa cuando las neuronas motoras
normales están siendo generadas”. Los científicos
después estudiaron en los embriones de pollo qué tan bien
sobrevivían las neuronas introducidas, si se integraban en la
médula espinal embrionaria y si sus largos axones tipo cable se
extendían hacia las dianas normales en el músculo.
“Pienso que nuestros resultados demostraron que estas neuronas
motoras derivadas de células TE logran imitar a sus contrapartes
derivadas de embrión en las tres pruebas”, dijo Jessell.
“En general, me sorprendió agradablemente lo bien que las
células TE neuralizadas recapitulan los acontecimientos de
desarrollo que hemos asociado a los progenitores neuronales motores y a
las neuronas motoras”. Jessell cree que estos logros representan
solamente el comienzo de una línea de investigación
prometedora. “Este es sólo el comienzo del intento de
utilizar una metodología racional para estudiar la capacidad de
restaurar la función de las neuronas motoras derivadas de
células TE, no sólo en un contexto embrionario, sino en
un contexto adulto más relevante”, dijo.
Jessell y sus colegas esperan utilizar las neuronas motoras
generadas a partir de TE en experimentos para identificar todos los
genes que gobiernan las vías de diferenciación de las
neuronas motoras. También están desarrollando
colaboraciones con neurólogos para explorar, en modelos en
ratón, si las neuronas motoras pueden regenerar médulas
espinales que han sido dañadas por trauma o enfermedades
neurodegenerativas, tales como la esclerosis lateral
amiotrófica.
Los investigadores también planean explorar si las
vías de señalización de la diferenciación
de las neuronas motoras de ratones se asemejan a las de los seres
humanos. “Pienso que se puede ser optimista, pero a la vez hay
que ser cauteloso, de que tales paralelos existirán”, dijo
Jessell. “Aunque muchos científicos han demostrado que las
células TE humanas pueden generar neuronas, no sabemos
exactamente qué tipo de neuronas son. Y existe una
heterogeneidad mucho mayor en las propiedades de las células TE
humanas que en las células TE de ratón; por lo tanto,
puede ser necesario escudriñar a través de varias
líneas disponibles de célula TE de seres humanos antes de
llegar a una célula que se comporte como sus contrapartes de
ratón. Pero, en principio, no existe un motivo por el cual este
tipo de metodología no pueda tener éxito en
células humanas”, dijo.
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