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lunes, 30 de mayo de 2011

Los científicos transforman células de la piel humanas directamente en neuronas saltándose las etapas de las iPS.


Las células de piel humana pueden convertir directamente en neuronas funcionales en un período de cuatro a cinco semanas con la adición de sólo cuatro proteínas, según un estudio realizado por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford.
El hallazgo es importante porque evita la necesidad de crear primero células madre pluripotentes inducidas (IPS), y puede que sea mucho más fácil de generar neuronas de pacientes o enfermedades específicas para estudio en una caja de Petri.
También puede eludir posibles problemas como el reciente suceso con células iPS, en el que ratones de laboratorio genéticamente idénticos rechazaron células iPS.
En el estudio paralelo del mismo grupo de Stanford en 2010, se mostró que era posible cambiar células de piel de ratón directamente en neuronas con una combinación similar de proteínas. Sin embargo, cuando se hace en células humanas, la conversión de células de la piel a neuronas se produce con menos eficiencia y más lentamente.
"Ahora estamos mucho más cerca de ser capaces de imitar las enfermedades cerebrales o neurológicas en el laboratorio", dijo Marius Wernig, profesor asistente de patología y miembro del Stanford's Institute for Stem Cell Biology and Regenerative. "Es posible que tal vez pueda usar algún día estas células para terapias humanas."
Wernig es el autor principal de la investigación, que publicada “on line” en Nature. Han colaborado en el estudio los postdoctorados Zhiping Pang, Nan Yang, y Thomas Vierbuchen. También han colaborado en el estudio Thomas Südhof y Avram Goldstein, profesores de la escuela de medicina.
Después de su éxito en ratones de laboratorio - cuyos resultados se publicaron el año pasado también en Nature- los investigadores aplicaron una técnica similar a las células humanas. En primer lugar demostraron que podían convertir células madre embrionarias humanas en neuronas al infectar con un virus que expresa la misma combinación de proteínas: factores de transcripción llamado Brn2, Ascl1 y Myt1l. Se denomina el tratamiento "BAM" para abreviar. El tratamiento BAM convierte fácilmente las células madre embrionarias en neuronas funcionales en seis días. También trabajaron con células madre pluripotentes inducidas.
Así que los científicos se trasladaron a su gran desafío: ¿Podrían hacer lo mismo con las células de la piel humana? En experimentos con células de la piel de fetos y recién nacidos, encontraron que el tratamiento BAM causaba que estas células de la piel madura se pareciesen más a las neuronas, pero las células resultantes fueron incapaces de generar las señales eléctricas que las neuronas utilizan para comunicarse unas con otras.
Se preguntaban si había un ingrediente que faltaba. La adición de un factor de transcripción llamado NeuroD cuarto resultó ser el punto de inflexión: La células de la piel se transformaban en neuronas funcionales en la placa de cultivo de laboratorio en unas cuatro-cinco semanas - expresando la actividad eléctrica e incluso la integración de la entrada ya la interacción con las neuronas de ratón cultivadas en una placa de laboratorio.
Aunque alrededor del 20 por ciento de las células de piel de ratón se pueden transformar directamente en neuronas, sólo cerca de 2 a 4 por ciento de las células de piel humana produce neuronas funcionales en las condiciones de cultivo actuales. Y mientras que las células del ratón logra su interruptor en tan sólo unos días, las células humanas requiere varias semanas y genera señales eléctricas menos robustas que las neuronas de origen natural.
"Es evidente que los ratones y los seres humanos son diferentes de manera significativa", dijo Wernig, quien dijo que él y sus colegas ahora están trabajando para optimizar las condiciones de la técnica y la cultura para aumentar la eficiencia y la velocidad de la transformación directa.
La conversión directa de células de la piel en neuronas contrasta con investigaciones similares que primero transforman células de la piel en pluripotenciales, o de desarrollo flexible, estatales y las engatusan para convertirse en neuronas o células especializadas. Un equipo independiente de investigadores de Stanford recientemente ha utilizado esta técnica para generar neuronas específicas en una mujer con enfermedad de Parkinson. Sin embargo, ese proceso es laborioso y se basa en líneas celulares que puede no reflejar la diversidad de célula a célula que se produce en una población natural. Wernig hizo hincapié en que es importante seguir estudiando las técnicas de investigación.
"El enfoque de células iPS es factible y se ha demostrado que funciona", dijo Wernig. "Tenemos que seguir trabajando en ambas estrategias. Es posible que el mejor enfoque puede variar dependiendo de la enfermedad o el tipo de investigación que se realiza."

Scientists Turn Human Skin Cells Directly Into Neurons, Skipping IPS Stage

Human skin cells can be converted directly into functional neurons in a period of four to five weeks with the addition of just four proteins, according to a study by researchers at the Stanford University School of Medicine. The finding is significant because it bypasses the need to first create induced pluripotent stem cells, and may make it much easier to generate patient- or disease-specific neurons for study in a laboratory dish.
It may also circumvent a recently reported potential problem with iPS cells, in which laboratory mice rejected genetically identical iPS cells -- seemingly on the basis of the proteins used to render them pluripotent.
The new research parallels that of the same Stanford group in 2010, which showed it was possible to change mouse skin cells directly into neurons with a similar combination of proteins. However, when done in human cells, the conversion of skin cells to neurons occurs less efficiently and more slowly.
"We are now much closer to being able to mimic brain or neurological diseases in the laboratory," said Marius Wernig, MD, assistant professor of pathology and a member of Stanford's Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine. "We may perhaps even be able to one day use these cells for human therapies."
Wernig is the senior author of the research, published online in Nature. Postdoctoral scholars Zhiping Pang, PhD, Nan Yang, PhD, and graduate student Thomas Vierbuchen share first authorship of the paper. Wernig's laboratory collaborated with that of neuroscientist Thomas Sudhof, MD, the Avram Goldstein Professor in the School of Medicine, on the work.
After their success in laboratory mice -- the results of which were published last year in Nature -- the researchers applied a similar technique to human cells. They first showed that they could convert human embryonic stem cells to neurons by infecting them with a virus expressing the same combination of proteins: transcription factors called Brn2, Ascl1 and Myt1l. They termed the treatment "BAM" for short. BAM treatment readily turned the embryonic stem cells into functional neurons within six days. It also worked on induced pluripotent stem cells.
So then the scientists moved to their big challenge: Could they do the same with human skin cells? In experiments using skin cells from fetuses and newborns, they found that BAM treatment caused these mature skin cells to look more like neurons, but that the resulting cells were unable to generate the electrical signals that neurons use to communicate with one another.
They wondered if there was a missing ingredient. Adding a fourth transcription factor called NeuroD proved to be the tipping point: The skin cells then transformed to functional neurons in the laboratory culture dish within about four to five weeks -- expressing electrical activity and even integrating into and interacting with mouse neurons grown on a laboratory dish.
Although about 20 percent of mouse skin cells can be transformed directly into neurons, only about 2 to 4 percent of human skin cells make functional neurons under the current culture conditions. And while the mouse cells accomplished their switch within just a few days, the human cells required several weeks and generated less-robust electrical signals than naturally derived neurons.
"Clearly mice and humans are different in significant ways," said Wernig, who said that he and his colleagues are now working to optimize the technique and culture conditions to increase the efficiency and speed of the direct transformation.
The direct conversion of skin cells to neurons contrasts with similar research that first transforms skin cells to a pluripotent, or developmentally flexible, state and then coaxes them to become neurons or other specialized cells. A separate team of Stanford researchers recently used this technique to generate patient-specific neurons from a woman with Parkinson's disease. However, that process is labor-intensive and relies on cell lines that may not fully reflect the cell-to-cell diversity that occurs in a natural population. Wernig emphasized that it is important to continue to explore both research techniques.
"The iPS cell approach is doable and has been shown to work," said Wernig. "We need to keep working on both strategies. It's possible that the best approach may vary depending on the disease or the type of research being done."

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