La ceguera hereditaria abarca un amplio espectro de patologías que pueden ser causadas por mutaciones en más de 220 genes. La Retinosis pigmentaria es una de las formas más comunes de los 250 tipos hereditarios conocidos y se caracteriza por disminuir progresivamente la visión debido a la muerte de las células dentro de la retina.
Ocurre en dos formas genéticas llamadas dominantes y recesivas y resultan en cientos de mutaciones distintas dentro de decenas de genes.
Aunque algunos tratamientos están disponibles, el alto nivel de la idiosincrasia asociada a la condición ha llevado a los investigadores a concluir que enfoques basados en células madres podrían ofrecer la mejor esperanza para la cura.
Para explorar la posibilidad de tratar la ceguera hereditaria con células madre, Edwin Stone y sus colaboradores en la Universidad de Iowa analizaron rutinariamente la pantalla de ADN de individuos que experimentan pérdida de la visión para identificar las mutaciones genéticas que conducen a su ceguera; el equipo de Iowa también generó células madre pluripotentes inducidas (iPSCs) de estos individuos para crear modelos específicos del paciente de la enfermedad.
Ahora, , Stone y su equipo — incluyendo Budd Tucker como primer autor — informan que usaron tecnología de células madre para crear un modelo personalizado de una forma recesiva de la retinosis pigmentaria, y que tienen también éxito al ser trasplantadas dichas células en ratones (Tucker et al., 2013).
Estos resultados son un paso importante hacia el trasplante autólogo, la regeneración de los tejidos dañados por la enfermedad utilizando células madre derivadas de las propias células del paciente (Figura 1).
Además de beneficiar a la investigación básica, estos resultados representan un medio para desarrollar la comprensión específica de tratamiento para una variedad de condiciones genéticas — en particular, el gran conjunto de síndromesque causan la ceguera hereditaria.
Figura 1.
Una nueva estrategia para el trasplante autólogo de células para tratar la ceguera hereditaria.
Una biopsia de la piel de un paciente con retinitis pigmentosa — una forma hereditaria de la ceguera que resulte de la pérdida de células fotorreceptoras en la retina — se utiliza para aislar los queratinocitos que luego se reprograman en células madre pluripotentes inducidas (iPSCs). Los iPSCs son estimulados para diferenciarse en precursores de células fotorreceptoras en una placa Petri. Estas células fotorreceptoras inmaduras pueden ser evaluadas en el estudio para identificar los defectos que dieron lugar a la ceguera del paciente. Trasplante acertado es seguido por la maduración del fotorreceptor y la restauración de la visión funcional.
Las primeras células iPSCs se generaron en 2007 reprogramando células humanas de fibroblastos aislados de la piel y se demostró que eran muy parecidas a las células madre embrionarias (Takahashi et al., 2007; Yu et al., 2007).
La característica más importante de iPSCs y las células madre embrionarias es que son "pluripotentes": en otras palabras, ellas tienen la capacidad de diferenciarse en muchos tipos de distintas células maduras que normalmente se encuentran en el cuerpo.
Desde las iPSCs pueden ser creados por la reprogramación de las células de los adultos (en contraposición a las células madre embrionarias, que, como su nombre indica, se obtienen de embriones en desarrollo), que proporcionan un medio para modelar precisamente la enfermedad genética de un individuo.
Las iPSCs también pueden allanar el camino hacia la terapia génica. Por ejemplo, células de la retina pueden ser generadas en la cultura de iPSCs derivadas del paciente y utilizadas para estudiar si la introducción de genes específicos en estas células puede compensar un defecto en su función biológica.
Además, las mutaciones que causan las enfermedades pueden corregirse fuera del cuerpo del paciente mediante la 'edición' del ADN que hay dentro de las células y las células corregidas se puede volver a diferenciar para formar el tipo de célula destruida por la enfermedad.
En última instancia, los investigadores esperan ser capaces de introducir genes específicos o células saludables, maduras derivadas de iPSCs en un tejido enfermo para restaurar la función normal.
El equipo de Iowa ahora ha progresado hacia la comprensión y quizás incluso poder tratar, una forma de un retinosis pigmentaria autosómica recesiva. El estudio involucró a un varón de 62 años ciego.
El primer paso fue identificar las mutaciones que causan la enfermedad; Estas mutaciones fueron encontradas en USH2A, un gen que previamente se ha asociado con el síndrome de Usher, que causa ceguera y sordera. Se identificaron mutaciones en ambos alelos del gen, incluyendo uno en una región no codificante, según informaron recientemente otros investigadores (Vache et al., 2012).
Stone y sus colaboradores generaron iPSCs desde las células tomadas de la piel del paciente. Al estimular estas iPSCs para diferenciación, fueron capaces de obtener distintos tipos de células retinianas según informan otros (Meyer et al., 2011; Rowland et al., 2012), y además las células forman estructuras similares a retina 'ojeras'. Inicialmente estas ojeras contuvieron el epitelio pigmentario de la retina, un tejido que suministra nutrientes a los fotorreceptores.
Con el tiempo, las células fotorreceptoras también comenzaron a desarrollar; Estas células fueron identificadas por la presencia de la rodopsina, un pigmento visual, así como diversas características estructurales.
Lo importante, los tejidos derivados de iPSC del paciente ofrecieron un modelo para el inicio del tratamiento de la retinosis pigmentaria del paciente: mientras que las mutaciones no deterioran el desarrollo de las ojeras en el estudio, la proteína mutada USH2A estaba mal, lo que resultaba en un estrés celular que probablemente causó la muerte de los fotorreceptores, y por lo tanto ceguera.
Si las células cultivadas in vitro pueden colonizar un tejido en vivo serán cruciales para la aplicación médica de este trabajo. Para evaluar cómo sus células derivadas de iPSC irían en tejido vivo, el equipo de Iowa trasplanta las células fotorreceptoras inmaduras en el ojo de un ratón.
Dentro de dos semanas estas células se habían integrado en la retina y habían diferenciado, lo que indica que este método podría también tener perspectivas favorables en pacientes humanos con ceguera hereditaria.
El flujo de trabajo descrito por Stone y compañeros de trabajo es particularmente notable dada la edad del paciente. Su éxito fue probablemente facilitado por la decisión de utilizar los queratinocitos de la biopsia de piel inicial, en lugar de otro tipo de célula encontrada en la piel, fibroblastos. Las células de las personas mayores son mucho más difíciles de programar que los de los más jóvenes, y es tanto más rápido y cien veces más eficiente para reprogramar los queratinocitos que los fibroblastos (Aasen et al., 2008).
El equipo de Iowa decidió trabajar con queratinocitos y desde ellos derivar del mismo tejido embrionario (ectodermo) a tejido retiniano, argumentando que la diferenciación de iPSCs en tejido retiniano puede facilitarse mediante el uso de células con un origen similar. Además, el derivado de queratinocitos iPSCs ha informado que se asemejan a las células madre embrionarias más que aquellas derivadas de los fibroblastos (Barrero et al., 2012) y prometedores modelos de formación ocular en tres dimensiones se han generado utilizando células madre embrionarias de humanos (Nakano et al., 2012) y de ratón (Eiraku et al., 2011; Gonzalez-Cordero et al., 2013).
En particular, las ojeras no se formaron en estudios anteriores donde estos investigadores utilizaron fibroblastos para hacer iPSCs.
La meta del equipo de Iowa es desarrollar una terapia específica de paciente utilizando células fotorreceptoras generadas a partir de iPSCs. En el caso de USH2A, la terapia génica para introducir una 'copia' del gen es probable que sea una mala solución, como la región codificante de este gen es demasiado grande para vectores de la terapia del gene retiniano establecido. Además, muchas de las células fotorreceptoras en la retina de este paciente particular ya habían muerto debido a la enfermedad y por lo tanto no podían responder a la terapia génica.
En casos como éste, el trasplante de la célula parece la estrategia más viable, y los resultados reportados por Stone y compañeros de trabajo después del trasplante de células inmaduras del fotorreceptor en ratones son prometedores.
Este paciente — y otros con mutaciones similares — podrían beneficiarse potencialmente en décadas si las células se lograsen integrar y diferenciar adecuadamente en su retina, ya que tenía visión razonable hasta su tercera década de vida. Podría resultar un efecto aún más duradero si una o ambas de las mutaciones USH2A del paciente fueran corregidos, antes del trasplante, con precursores del fotorreceptor derivados de iPSC utilizando enfoques de edición de genes.
Claramente se necesitarán muchos otros estudios antes de que este método puede ser probado en humanos, incluyendo la optimización de los parámetros para el trasplante; evaluación de la seguridad y la longevidad de las células trasplantadas; y demostración de la capacidad de las células trasplantadas para restaurar la visión adecuadamente.
Los estudios de Stone y compañeros de trabajo son, sin embargo, un paso emocionante y proporcionan las bases para nuevos enfoques para tratar la ceguera mediante modelos celulares personalizados.
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