Pero puede haber otra opción personalizada en el horizonte, según Xiaojun "Lance" Lian, profesor asociado de ingeniería biomédica y biología en Penn State. Por primera vez, Lian y su equipo convirtieron células madre humanas en células beta capaces de producir insulina usando solo moléculas pequeñas en el laboratorio, haciendo que el proceso sea más eficiente y rentable.

Las células madre pueden convertirse en otros tipos de células a través de señales en su entorno, y algunas células maduras pueden volver a convertirse en células madre: pluripotencia inducida. Los investigadores descubrieron que su enfoque funcionó para las células madre pluripotentes inducidas y embrionarias humanas, ambas derivadas de líneas de células madre aprobadas por el gobierno federal. Según Lian, la efectividad de su enfoque podría reducir o eliminar la necesidad de células madre embrionarias humanas en trabajos futuros. Publicaron sus resultados hoy (26 de agosto) en Informes de células madre.

“La diabetes es una enfermedad grave en los Estados Unidos y en todo el mundo”, dijo Lian. “Las propias células inmunitarias del paciente destruyen su capacidad para producir insulina y regular sus niveles de glucosa. Pensamos que las células madre podrían potencialmente resolver el problema y permitir que una persona regule sus niveles de insulina y glucosa de manera adecuada”.

Las células madre pueden convertirse en cualquier tipo de célula a través de las condiciones ambientales o la interferencia del laboratorio. El truco, dijo Lian, es descubrir las condiciones precisas para influir en una célula madre para que se convierta en una versión funcional del tipo de célula deseado.

“Si pudiéramos convertir las células madre en células beta pancreáticas y transferirlas de vuelta al paciente, sería posible curar la diabetes”, dijo Lian. “Es una pregunta difícil. Los científicos han estado tratando de encontrar la solución durante más de 20 años. Nuestro laboratorio se dio cuenta de que teníamos que adoptar un enfoque diferente”.

En intentos anteriores, según Lian, los investigadores utilizaron factores de crecimiento, o grupos de proteínas, para manipular las células madre en varios tipos de células. Los factores de crecimiento, sin embargo, son costosos e inestables, lo que da como resultado un proceso de fabricación costoso e ineficiente.

"En 2012, nuestro equipo descubrió un mediador molecular completamente nuevo que podía diferenciar las células madre a la etapa de mesodermo o endodermo, que son puntos de desarrollo en el camino hacia células maduras", dijo Lian, señalando que el proceso utilizaba pequeñas moléculas orgánicas en lugar de que los factores de crecimiento más grandes. “Estas pequeñas moléculas son mucho más baratas y mucho más estables que los factores de crecimiento, y aún podríamos emular el efecto de los factores de crecimiento para diferenciar las células madre a una etapa intermedia”.

Las pequeñas moléculas comprenden un compuesto químico llamado CHIR99021 (CHIR) y activan la vía de señalización llamada Wnt, que dirige a la célula a uno de los tipos intermedios. Cuando Wnt se activa por completo, la célula se convierte en mesodermo y, finalmente, en una célula cardíaca madura. Pero una dosis más pequeña de CHIR solo activa parcialmente la vía Wnt, lo que da como resultado una célula endodérmica que puede convertirse en una célula beta pancreática madura o una célula hepática.

"Nadie más descubrió esto porque hay que optimizar con precisión y cuidado la concentración de CHIR", dijo el primer autor Yuqian Jiang, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica en el laboratorio de Lian. “Sabemos que CHIR es importante para la diferenciación de células madre, pero otros podrían probar solo una concentración fuera del objetivo de este químico y pensar que no funciona en absoluto. Probamos todas las concentraciones posibles y encontramos la precisa para diferenciar las células madre en células del endodermo”.

Los investigadores dosificaron las células con concentraciones crecientes de CHIR. Descubrieron que la dosis más baja no era suficiente para convertir las células, mientras que las dosis más altas las eliminaban por completo. En la segunda y tercera dosis más bajas, hasta el 87 % de las células madre se convirtieron en células endodérmicas que podrían ser guiadas para convertirse en células beta pancreáticas.

“La diferenciación de las células beta toma alrededor de un mes, con la adición de diferentes cócteles químicos establecidos por investigaciones previas en diferentes pasos”, dijo Jiang. “Pero los protocolos anteriores usaban factores de crecimiento para hacer avanzar las células madre a células endodérmicas. Nuestro protocolo elimina esa necesidad, lo que ahorra costos y al mismo tiempo genera una buena cantidad de células”.

Los investigadores también probaron las células beta pancreáticas desarrolladas con glucosa. Las células produjeron insulina en base a la glucosa presente en su entorno, demostrando su funcionalidad, dijo Lian. Para evitar que los cuerpos de los pacientes eliminen estas células, el problema inicial para las personas con diabetes tipo 1, los investigadores planean encapsular las células beta derivadas de células madre modificadas con polímeros de biomaterial antes de trasplantarlas. Según Lian, esto protegería a las células al tiempo que les permitiría sentir su entorno y producir niveles adecuados de insulina.

“Nuestro enfoque nos permite usar el mismo químico de bajo costo en diferentes dosis para generar diferentes tipos de células intermedias, una de las cuales puede convertirse en células beta pancreáticas”, dijo Lian. “Ahora estamos trabajando para optimizar este enfoque y pasarlo a ensayos clínicos, pero hemos hecho el trabajo duro de reducir significativamente el costo. La terapia celular es increíble, pero no todo el mundo puede permitírselo. Nuestro objetivo es ponerlo a disposición de todos los que lo necesiten”.

Lian también está afiliada al Instituto Huck de Ciencias de la Vida.

“Cuando escuché por primera vez a Lance hablar sobre lo que estaba tratando de hacer, me sorprendió su audacia”, dijo Andrew Read, director de los Institutos Huck de Ciencias de la Vida. “Su trabajo personifica el tipo de ciencia que pretende cambiar completamente el juego. Estoy muy contento de que haya logrado este importante hito”.

Otros colaboradores incluyen a los miembros del laboratorio de Lian, Chuanxin Chen, quien se graduó en 2018 y ahora trabaja en el Laboratorio Bioland en China, y Lauren N. Randolph, becaria postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Biomédica y los Institutos Huck de Ciencias de la Vida. Xin Zhang y Songtao Ye, del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de Eberly; y Xiaoping Bao, de la Escuela de Ingeniería Química Davidson de la Universidad de Purdue, también contribuyeron.

El Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias y Penn State apoyaron este trabajo.

Historia de Fuente:

Materiales proporcionada por Penn State. Original escrito por Ashley J. WennersHerron. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y duración.

Diario de Referencia:

1. Yuqian Jiang, Chuanxin Chen, Lauren N. Randolph, Songtao Ye, Xin Zhang, Xiaoping Bao, Xiaojun Lance Lian. Generación de progenitores pancreáticos a partir de células madre pluripotentes humanas mediante moléculas pequeñas. Informes de células madre, 2021; DOI: 10.1016 / j.stemcr.2021.07.021