Ingenieros biomédicos e investigadores médicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Australia, han realizado de forma independiente descubrimientos sobre la creación de células madre sanguíneas embrionarias que podrían eliminar algún día la necesidad de donantes de células madre sanguíneas, según publican en la revista Cell Reports.
Estos logros se enmarcan en el movimiento de la medicina regenerativa hacia el uso de "células madre pluripotentes inducidas" para el tratamiento de enfermedades, en el que las células madre se obtienen por ingeniería inversa a partir de células de tejidos adultos en lugar de utilizar embriones humanos o animales vivos. Además, señalan que usar las propias células para generar células madre sanguíneas podría eliminar la necesidad de transfusiones de sangre de donantes o de trasplantes de células madre.
Pero aunque conocemos las células madre pluripotentes inducidas desde 2006, los científicos aún tienen mucho que aprender 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.
"Dos estudios realizados por investigadores de la UNSW en este campo arrojan nueva luz no sólo sobre cómo se producen los precursores de las células madre sanguíneas en animales y humanos, sino sobre cómo pueden inducirse artificialmente"
fabricamos 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"
En su estudio, investigadores de la Escuela de Ingeniería Biomédica de la UNSW demostraron cómo una simulación del corazón palpitante de un embrión mediante un dispositivo 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.
Y en un artículo 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.
Ambos estudios son pasos importantes 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.
En el estudio de 'Cell Report, 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.
Señalan que en las últimas décadas, los ingenieros biomédicos han intentado fabricar células madre sanguíneas en platos de laboratorio para resolver el problema de la escasez de células madre sanguíneas de donantes, pero nadie ha sido capaz aún de lograrlo.
"Parte del problema es que aún 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. "Así que fabricamos 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.
"Lo que hemos demostrado es que podemos generar una célula que puede formar todos los diferentes tipos de células sanguíneas"
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.
"Lo que me sorprende de esto es que las células madre sanguíneas, cuando se forman en el embrión, se forman en la pared del vaso principal llamado aorta. Y básicamente salen de esta aorta y van a la circulación, y luego van al hígado y forman lo que se llama hematopoyesis definitiva, o formación de sangre definitiva".
Añade que "conseguir que se forme una aorta y que las células salgan realmente de esa aorta a la circulación, ese es el paso crucial necesario para generar estas células".
"Lo que hemos demostrado es que podemos generar una célula que puede formar todos los diferentes tipos de células sanguíneas. También hemos demostrado que está estrechamente relacionada con las células que recubren la aorta por lo que sabemos que su origen es correcto y que prolifera".
Los investigadores son cautelosamente optimistas sobre su logro de emular las condiciones cardíacas de los embriones con un dispositivo mecánico. Esperan que pueda ser 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. 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", recuerda el profesor Nordon.
La doctora Li anuncia que están trabajando en la ampliación de la fabricación de estas células mediante biorreactores. Mientras tanto, y trabajando de forma independiente a la doctora Li y al profesor Nordon, 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 que se utiliza de forma natural en los mamíferos para fabricar células madre sanguíneas a partir de las células que recubren los vasos sanguíneos, conocidas como células endoteliales.
"Nuestra 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"
"Ya se sabía que este proceso tiene lugar en los embriones de mamíferos, donde las células endoteliales que recubren la aorta se transforman en células sanguíneas durante la hematopoyesis, pero la identidad de las células que regulan este proceso había sido hasta ahora un misterio", señala el profesor Pimanda.
El profesor Pimanda y el doctor Chandrakanthan resolvieron este rompecabezas al identificar las células del embrión que pueden convertir las células endoteliales embrionarias y adultas en células sanguíneas. Estas células, conocidas como '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 proporciona a 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.
Aunque hay que seguir investigando antes de trasladar este descubrimiento a la práctica clínica, incluyendo la confirmación de los resultados en células humanas, el descubrimiento podría proporcionar una nueva herramienta potencial para generar células hematopoyéticas injertables.