Li Gan, PhD, quiere encontrar tratamientos para ayudar a los pacientes con la enfermedad de Alzheimer. Como la mayoría de los investigadores, se ha topado con algunos obstáculos importantes.
Cuando investigadores como Gan encuentran nuevos medicamentos potenciales, deben probarse en células humanas para confirmar que pueden beneficiar a los pacientes. Históricamente, estas pruebas se han realizado en células cancerosas, que a menudo no coinciden con la biología de las células cerebrales humanas.
«El problema es que las células cerebrales de personas reales no pueden sobrevivir en un plato, por lo que necesitamos diseñar células humanas en el laboratorio», explicó Gan, investigador principal de los Institutos Gladstone. «Pero, eso no es tan simple como puede parecer».
Muchos científicos utilizan células madre pluripotentes inducidas (iPSC) para abordar este problema. Las IPSC se fabrican mediante la reprogramación de células de la piel para que se conviertan en células madre, que luego pueden transformarse en cualquier tipo de célula del cuerpo. Gan usa iPSC para producir células cerebrales, como neuronas o células gliales, porque son relevantes para las enfermedades neurodegenerativas.
Las células cerebrales humanas derivadas de las iPSC ofrecen un gran potencial para la detección de fármacos. Sin embargo, el proceso para producirlos puede ser complicado, costoso y muy variable. Muchos de los métodos actuales producen células que son heterogéneas o diferentes entre sí, y esto puede dar lugar a resultados inconsistentes en la detección de fármacos. Además, producir una gran cantidad de células es muy costoso, por lo que es difícil de escalar para grandes experimentos.
Para superar estas limitaciones, Michael Ward, MD, PhD, tuvo una idea.
Nace una nueva técnica
«Encontré un nuevo método para producir iPSC que se desarrolló en Stanford», dijo Ward, ex becario postdoctoral en el laboratorio de Gan que ahora es investigador en los Institutos Nacionales de Salud. «Pensé que si podíamos encontrar una manera de simplificar y controlar mejor ese enfoque, podríamos mejorar la forma en que diseñamos las células cerebrales humanas en el laboratorio».
Ward y su colega Chao Wang, PhD, descubrieron una forma de manipular la composición genética de las células para producir miles de neuronas a partir de una sola iPSC. Esto significaba que cada célula cerebral diseñada ahora era idéntica.
«Estaba realmente motivado por nuestros resultados iniciales», dijo Gan, quien también es profesor de neurología en UC San Francisco. «Había observado demasiada variabilidad usando el método tradicional, lo que hacía que la reproducción de experimentos fuera bastante problemática. Entonces, la capacidad de producir células cerebrales humanas homogéneas fue muy emocionante».
El equipo mejoró aún más la técnica para crear un proceso simplificado de dos pasos. Esto permite a los científicos controlar con precisión cuántas células cerebrales producen y facilita la replicación de los resultados de un experimento al siguiente.
Su técnica también acelera enormemente el proceso. Aunque normalmente llevaría varios meses producir células cerebrales, Gan y su equipo ahora pueden diseñar grandes cantidades de ellas en 1 o 2 semanas y tener neuronas funcionalmente activas en 1 mes.
Los investigadores se dieron cuenta de que este nuevo enfoque tenía un enorme potencial para detectar fármacos y estudiar los mecanismos de la enfermedad. Para probarlo, lo probaron en su propia investigación.
Aplicaron su técnica para producir neuronas humanas mediante el uso de iPSC. Luego, desarrollaron una plataforma de descubrimiento de fármacos y examinaron 1280 compuestos. Su objetivo es identificar los compuestos que podrían reducir los niveles de la proteína tau en el cerebro, que se considera uno de los enfoques más prometedores en la investigación de la enfermedad de Alzheimer y podría conducir a nuevos medicamentos para tratar la enfermedad.
«Demostramos que podemos diseñar grandes cantidades de células cerebrales humanas que son todas iguales, al mismo tiempo que reducimos significativamente los costos», dijo Wang, becario postdoctoral de Gladstone. «Esto significa que nuestra tecnología se puede ampliar fácilmente y se puede utilizar esencialmente para examinar millones de compuestos».
Una poderosa herramienta para toda la comunidad científica
«Hemos desarrollado una tecnología rentable para producir grandes cantidades de células cerebrales humanas en dos sencillos pasos», resumió Gan. «Al superar los principales desafíos en el descubrimiento de fármacos basados en neuronas humanas, creemos que esta técnica se adoptará ampliamente tanto en la ciencia básica como en la industria».
La noticia de esta nueva y útil tecnología ya se ha difundido, y personas de diferentes sectores científicos han llamado a la puerta de Gan para conocerla. Su equipo ha compartido el nuevo método con decenas de colegas académicos, algunos de los cuales no tenían experiencia con el cultivo celular. Hasta ahora, todos repitieron con éxito el proceso de dos pasos para producir sus propias células y facilitar los descubrimientos científicos.
Los detalles de esta nueva técnica también se publicaron el 10 de octubre de 2017 en la revista científica Informes de células madre.
Con algunos de los obstáculos eliminados, Gan espera que más descubrimientos ayuden pronto a los millones de personas que padecen la enfermedad de Alzheimer.
