Los autores no tienen nada que revelar.

la neurogénesis cortical: la transición de los avances en el laboratorio de terapias basadas en células

Cortical Neurogenesis: Transitioning from Advances in the Laboratory to Cell-Based Therapies

La neurogénesis cortical: La transición de los avances en el Laboratorio de terapias basadas en células

Me llamo Arnold Krickstein. Soy el director del Instituto de Medicina Regenerativa aquí en la UCSF, y mi área de interés es la neurobiología del desarrollo. En concreto, nos interesa mucho las etapas tempranas del desarrollo cortical y hemos estado estudiando las células madre y progenitoras neuronales, analizando cómo generan neuronas y cómo esas neuronas migran y comienzan a formar circuitos en el cerebro en desarrollo, especialmente en la corteza.Bueno, el advenimiento de la electroforesis in utero, creo que ha sido una de esas tecnologías transformadoras introducidas por SDO y sus colegas en cuanto al estudio de las primeras etapas del desarrollo cerebral, ya que esto permite realizar experimentos de ganancia y pérdida de función para una gran variedad de genes. Y hacerlo de forma relativamente sencilla mediante la introducción directa de esos genes en las células madre neurales y células progenitoras que generan neuronas durante el desarrollo cortical temprano. La técnica consiste simplemente en inyectar ADN en forma de un plásmido en los ventrículos cerebrales de un animal en etapa embrionaria, y luego aplicar una corriente eléctrica breve que impulsa esos plásmidos hacia las células que revisten el ventrículo, que son las células del tipo neuroepiteliales radiales GL, las cuales luego producen neuronas y, finalmente, células gliales.Y eso puede incluir el uso de ARN interferentes cortos que pueden regular a la baja o silenciar la expresión de genes particulares, o bien se pueden sobreexpresar directamente productos génicos específicos. Ambos tipos de experimentos analizan efectos complementarios en el cerebro en desarrollo. Las moléculas diana pueden incluir casi cualquier elemento implicado en las primeras etapas del desarrollo cerebral o incluso en fases posteriores relacionadas con el desarrollo o la maduración sináptica.La aparición de esta técnica ya ha tenido un efecto importante en los estudios del cerebro en desarrollo y promete tener un impacto aún mayor en un futuro próximo. Las células que revisten el ventrículo y que finalmente generan todas las neuronas y las células gliales en el cerebro comienzan como células neuroepiteliales. Pero alrededor del momento en que comienzan a desarrollarse las neuronas, se transforman o empiezan a transformarse en un tipo de célula glial conocida como célula glial radial.Establecen contactos especializados con los vasos sanguíneos y guían la migración de neuronas jóvenes. Y aproximadamente en ese momento comienzan a realizar un conjunto interesante de diferentes tipos de divisiones. Realizan una división de progenitor simétrica cuando producen más copias de sí mismas, es decir, generan dos células gliales radiales cada vez que se dividen.Además, realizan divisiones neurogénicas asimétricas en las que se dividen y se autorrenuevan, generando en cada ciclo celular una célula hija que se convierte en una neurona. Pero también resulta que llevan a cabo un tercer tipo muy interesante de división, que es asimétrica en el sentido de que las células hijas son diferentes. Una es una célula glial radial autorrenovada y la otra se convierte en un tipo diferente de célula progenitora.Denominamos a esta un progenitor intermedio que migra desde el ventrículo y luego se divide generalmente en una zona proliferativa diferente conocida como la zona subventricular. El método de electro poración intrauterina es una forma conveniente de introducir estos ADNs de silenciamiento o sobreexpresión en las células gliales radiales durante las etapas en que están realizando estos diferentes tipos de divisiones. También hemos estado utilizando un retrovirus que expresa la proteína verde fluorescente como marcador de linaje, una manera de inyectar este marcador de retrovirus en los ventrículos de estos mismos estadios, y entonces podemos seguir el destino de esas células individualmente marcadas a medida que se dividen y generan clones de células hijas.Y, mediante imágenes de lapso de tiempo que realizamos en cultivos de secciones, podemos seguir o rastrear los destinos finales de estas células a medida que migran hacia la corteza. Aunque durante algún tiempo se pensó que la zona ventricular era la fuente principal de neurogénesis en el cerebro en desarrollo, la zona subventricular ha cobrado cada vez más importancia, al menos en el embrión, como una fuente de cantidades considerables de neurogénesis. Lo que descubrimos es que en la zona subventricular, los progenitores intermedios, que ellos mismos surgen de los células radial gliales en la zona ventricular, migran allí y se dividen de manera simétrica, ya sea para producir más progenitores intermedios autorrenovados o en una división terminal simétrica para generar pares de neuronas que luego migran hacia la corteza.Por lo tanto, la zona subventricular está resultando ser una zona muy importante e interesante de neurogénesis en el cerebro embrionario o en desarrollo. Además, estas células progenitoras intermedias, mientras permanecen en esa zona subventricular, se convierten en células multipolares y parecen tener la capacidad de moverse tangencialmente dentro de esa zona. Esto podría explicar la dispersión de los clones celulares que se ha observado en estudios previos, por ejemplo, por Walsh y S Cepco hace algún tiempo en la corteza en desarrollo, utilizando también retrovirus para marcar el destino de esas células.Bueno, por ejemplo, existen varias Genes interesantes que, según se ha descubierto, participan en la neurogénesis o en la migración neuronal. En nuestro laboratorio hemos estudiado las proteínas de uniones en hendidura, las conexiones que subyacen a la formación de los conocidos canales de uniones en hendidura. Pero, curiosamente, hemos descubierto que las células que migran a lo largo de los ggl radiales utilizan en realidad estas uniones en hendidura no como canales de comunicación, sino como moléculas de adhesión que permiten físicamente a esas neuronas y células migratorias adherirse a las fibras radiales.Y esos estudios se realizaron en realidad utilizando siARN que redujeron la expresión de conexiones específicas. Por ejemplo, la conexión 43, que es muy altamente expresada por las células gliales radiales y también por sus neuronas hijas y sus células progenitoras intermedias. Muchas de las llamadas células madre adultas que derivan del cerebro fetal, de hecho, probablemente sean células gliales radiales que pueden expandirse en cultivo cuando se tratan con los factores de crecimiento adecuados, como el BFGF, por ejemplo.Pero además de esas células gliales radiales, los progenitores intermedios podrían resultar ser un objetivo muy interesante para la investigación con células madre porque creemos que en realidad producen neuronas de un tipo celular muy restringido. De modo que si una estrategia implicara, por ejemplo, crear grandes cantidades de un tipo celular neuronal muy específico, poder identificar y aislar las células progenitoras intermedias responsables de generar ese tipo celular particular probablemente sería un enfoque mucho mejor que, por ejemplo, crear números ampliados de células gliales radiales, que podrían producir una gran variedad de tipos celulares diferentes. De hecho, en estudios que se han realizado in vitro, cuando se amplían líneas de células madre embrionarias y luego se generan neuronas individuales a partir de esas fuentes de células madre embrionarias, parece que la mayoría de esas líneas pasan por lo que podría incluso ser una etapa obligatoria similar a un epitelio o a una glía radial antes de generar realmente neuronas.Por ejemplo, los protocolos que Austin Smith ha utilizado para generar neuronas o células madre neurales son en realidad muy similares a los glía radiales. Experimentan migración nuclear cinética. Expresan factores de transcripción y marcadores de glía radiales, y generan neuronas y astrocitos de una manera muy parecida a como lo hacen las glía radiales.Y de forma similar, Loren Ser y otros investigadores han utilizado células madre embrionarias humanas y han descubierto que estas forman rosetas, que se autoensamblan en una estructura de tipo neuroepitelial en condiciones de cultivo in vitro antes de generar realmente neuronas. Y nuevamente, esas rosetas están compuestas por células que se asemejan mucho a las células gliales radiales. Por tanto, la idea de que estas células gliales radiales actúan como un tipo de célula madre neural, creo que queda respaldada por este tipo de evidencia in vitro.Por lo tanto, antes del inicio de la neurogénesis, ya existe un patrón regional a lo largo de la zona ventricular en todos los ventrículos y, de hecho, a lo largo de toda la médula espinal. Y es probable que esos genes de patrón expresados en regiones particulares ya restrinjan los destinos de las células hijas producidas allí. Por ejemplo, si se quisiera generar células parametales excitadoras, las células gliales radiales corticales dorsales producirían ese tipo celular; si se quisiera producir interneuronas, entonces podría ser necesario utilizar las células de la eminencia ganglionar que generan esas interneuronas u oligodendrocitos, y así sucesivamente.Y así, si su estrategia en la investigación con células madre, en términos de tratamiento de una enfermedad, implica crear grandes cantidades de células de un tipo particular, como un cierto tipo de interneurona o un determinado tipo de célula de proyección excitatoria, entonces los estudios del desarrollo que están comenzando a revelar las diferencias entre la neurogénesis y estas distintas regiones cerebrales probablemente proporcionarán pistas que en última instancia podrán utilizarse para diseñar estrategias destinadas a ampliar neuronas de un tipo celular específico, por ejemplo, para terapias celulares de reemplazo. Bueno, la terminología sobre regeneración o medicina regenerativa realmente sugiere la capacidad de regenerar órganos. Y creo que la mayoría del público piensa en las células madre como un método para reemplazar células y tejidos dañados.Pero de hecho, creo que los primeros tratamientos que probablemente surjan de la investigación con células madre implicarán el uso de estas células de otras maneras, quizás más creativas. Por ejemplo, el uso de la investigación con células madre en un laboratorio que permita cribar fármacos mediante métodos de alto rendimiento para modelar enfermedades utilizando células humanas en lugar de células de ratón en el laboratorio. Y en cuanto a las terapias celulares, creo que en gran medida, de hecho, creo que ya ha comenzado a utilizarse como un vehículo de administración, por ejemplo, aprovechando la capacidad de ciertas células madre para migrar hacia áreas de lesión o enfermedad y entregar una carga útil, ya sea un gen, un producto génico o una enzima faltante, entre otros.Una aplicación que no implique la integración de células en estructuras orgánicas preexistentes me parece un objetivo más accesible. Y es posible que algunos de los primeros ejemplos de terapias celulares impliquen ese enfoque en lugar del reemplazo celular propiamente dicho. Bueno, las actuales restricciones federales sobre el uso de fondos de los NIH para cualquier línea de células madre embrionarias humanas que no sea un número reducido ha tenido realmente un efecto inhibidor en el campo.Ha mantenido a algunos investigadores jóvenes fuera del campo y ha impedido que otros exploren realmente la utilidad potencial de, de estas células madre embrionarias en el laboratorio. Se han realizado intentos para tratar de liberalizar esas restricciones. Como probablemente sepan la mayoría de sus espectadores, el presidente ha vetado un proyecto de ley y probablemente, perdón, está a punto de vetar otro.Nuestra esperanza es que estas políticas cambien y que sea posible utilizar fondos del NIH para estudiar una amplia gama de líneas celulares madre recién desarrolladas, muchas de las cuales presentan ventajas frente a aquellas líneas originales creadas antes de 2001. Pero incluso si se levanta esa prohibición de financiamiento, probablemente no implicaría de inmediato, al menos, un aumento en la financiación de ese tipo de investigación. Y dado que este proyecto de ley, por ejemplo, que se ha propuesto en el Congreso, no es una ley de financiamiento ni de asignación presupuestaria, tendrá un impacto al facilitar que investigadores como nosotros incorporemos trabajos con líneas denominadas aprobadas y no aprobadas en un mismo ámbito de investigación, en el mismo laboratorio y utilizando el mismo equipo o compartiendo algunos de los mismos recursos.Todo eso sería una mejora importante, pero es poco probable que resulte en una gran afluencia de apoyo real, es decir, dólares para investigación destinados a ese tipo de actividades. Y para ello, creo que aún tendremos que depender de fuentes privadas, incluyendo la financiación estatal, que aquí en California es realmente una bendición para los investigadores en el campo de las células madre, además de en California. Otros estados como Nueva York, Connecticut y Massachusetts también están siguiendo este ejemplo y pronto estarán financiando sus propias iniciativas estatales para la investigación con células madre.Y creo que eso será un motor importante para impulsar la investigación en este campo desde prácticamente el futuro previsible, independientemente de si la política del NIH cambia pronto o no.

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