Células de pieles viejas reprogramadas para recuperar la función juvenil

Una investigación del Instituto Babraham ha desarrollado un método para "dar un salto en el tiempo" a las células de la piel humana en 30 años, haciendo retroceder el reloj del envejecimiento de las células sin perder su función especializada. El trabajo de los investigadores del programa de investigación de Epigenética del Instituto ha sido capaz de restaurar en parte la función de las células más viejas, así como rejuvenecer las medidas moleculares de la edad biológica. La investigación se publica hoy en la revista eLife y, aunque se encuentra en una etapa temprana de exploración, podría revolucionar la medicina regenerativa.

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A medida que envejecemos, la capacidad de nuestras células para funcionar disminuye y el genoma acumula marcas de envejecimiento. La biología regenerativa tiene como objetivo reparar o reemplazar células, incluidas las viejas. Una de las herramientas más importantes de la biología regenerativa es nuestra capacidad para crear células madre 'inducidas'. El proceso es el resultado de varios pasos, cada uno de los cuales borra algunas de las marcas que hacen que las células se especialicen. En teoría, estas células madre tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula, pero los científicos aún no pueden recrear de manera confiable las condiciones para volver a diferenciar las células madre en todos los tipos de células.

Volviendo atrás en el tiempo

El nuevo método, basado en la técnica ganadora del Premio Nobel que usan los científicos para fabricar células madre, supera el problema de borrar por completo la identidad celular al detener la reprogramación en parte durante el proceso. Esto permitió a los investigadores encontrar el equilibrio preciso entre la reprogramación de las células, haciéndolas biológicamente más jóvenes, sin dejar de ser capaces de recuperar su función celular especializada.

En 2007, Shinya Yamanaka fue el primer científico en convertir células normales, que tienen una función específica, en células madre que tienen la capacidad especial de convertirse en cualquier tipo de célula. El proceso completo de reprogramación de células madre toma alrededor de 50 días utilizando cuatro moléculas clave llamadas factores de Yamanaka. El nuevo método, llamado "reprogramación transitoria de la fase de maduración", expone las células a los factores de Yamanaka durante solo 13 días. En este punto, se eliminan los cambios relacionados con la edad y las células pierden temporalmente su identidad. A las células parcialmente reprogramadas se les dio tiempo para crecer en condiciones normales, para observar si volvía su función específica de células de la piel. El análisis del genoma mostró que las células habían recuperado los marcadores característicos de las células de la piel (fibroblastos), y esto se confirmó al observar la producción de colágeno en las células reprogramadas.

La edad no es solo un número

Para demostrar que las células se habían rejuvenecido, los investigadores buscaron cambios en las características del envejecimiento. Como explicó el Dr. Diljeet Gill, un postdoctorado en el laboratorio de Wolf Reik en el Instituto que realizó el trabajo como estudiante de doctorado: "Nuestra comprensión del envejecimiento a nivel molecular ha progresado durante la última década, dando lugar a técnicas que permiten a los investigadores medir cambios biológicos relacionados con la edad en las células humanas. Pudimos aplicar esto a nuestro experimento para determinar el alcance de la reprogramación que logró nuestro nuevo método".

Los investigadores observaron múltiples medidas de la edad celular. El primero es el reloj epigenético, donde las etiquetas químicas presentes en todo el genoma indican la edad. El segundo es el transcriptoma, todas las lecturas de genes producidas por la célula. Según estas dos medidas, las células reprogramadas coincidían con el perfil de las células que eran 30 años más jóvenes en comparación con los conjuntos de datos de referencia.

Las aplicaciones potenciales de esta técnica dependen de que las células no solo parezcan más jóvenes, sino que también funcionen como células jóvenes. Los fibroblastos producen colágeno, una molécula que se encuentra en los huesos, la piel, los tendones y los ligamentos, lo que ayuda a estructurar los tejidos y curar las heridas. Los fibroblastos rejuvenecidos produjeron más proteínas de colágeno en comparación con las células de control que no se sometieron al proceso de reprogramación. Los fibroblastos también se mueven hacia áreas que necesitan reparación. Los investigadores probaron las células parcialmente rejuvenecidas creando un corte artificial en una capa de células en un plato. Descubrieron que sus fibroblastos tratados se movieron hacia la brecha más rápido que las células más viejas. Esta es una señal prometedora de que algún día esta investigación podría usarse para crear células que sean mejores para curar heridas.

En el futuro, esta investigación también puede abrir otras posibilidades terapéuticas; los investigadores observaron que su método también tuvo un efecto sobre otros genes relacionados con enfermedades y síntomas relacionados con la edad. El gen APBA2 , asociado con la enfermedad de Alzheimer, y el gen MAF con un papel en el desarrollo de cataratas, ambos mostraron cambios hacia niveles juveniles de transcripción.

El mecanismo detrás de la reprogramación transitoria exitosa aún no se comprende completamente y es la siguiente pieza del rompecabezas para explorar. Los investigadores especulan que áreas clave del genoma involucradas en dar forma a la identidad celular podrían escapar al proceso de reprogramación.

Diljeet concluyó: "Nuestros resultados representan un gran paso adelante en nuestra comprensión de la reprogramación celular. Hemos demostrado que las células se pueden rejuvenecer sin perder su función y que el rejuvenecimiento busca restaurar alguna función a las células viejas. El hecho de que también vimos un efecto inverso de indicadores de envejecimiento en genes asociados con enfermedades es particularmente prometedor para el futuro de este trabajo".

El profesor Wolf Reik, líder de grupo en el programa de investigación de Epigenética que recientemente pasó a dirigir el Instituto Altos Labs de Cambridge, dijo: "Este trabajo tiene implicaciones muy emocionantes. Eventualmente, podremos identificar genes que rejuvenecen sin reprogramar, y específicamente apuntar a aquellos para reducir los efectos del envejecimiento. Este enfoque promete descubrimientos valiosos que podrían abrir un horizonte terapéutico asombroso".