Por primera vez, los investigadores han creado con éxito células madre basales de las vías respiratorias in vitro a partir de células madre pluripotentes inducidas mediante la reprogramación de células sanguíneas extraídas de pacientes. Dado que las células basales de las vías respiratorias se definen como células madre de las vías respiratorias porque pueden regenerar el epitelio de las vías respiratorias en respuesta a una lesión, este estudio puede ayudar a acelerar la investigación sobre enfermedades que afectan las vías respiratorias, como COVID-19, gripe, asma y fibrosis quística.
Dirigidos por investigadores del Centro de Medicina Regenerativa del Centro Médico de Boston y la Universidad de Boston (CReM), en colaboración con el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston (UTHealth), estos hallazgos representan un primer paso crítico hacia la regeneración de las vías respiratorias, que avanzará el campo de la medicina regenerativa en lo que respecta a las enfermedades respiratorias y pulmonares.
Publicado en Cell Stem Cell, el nuevo estudio describe cómo generar y purificar de manera eficiente grandes cantidades de células madre basales de las vías respiratorias utilizando muestras de pacientes. Esto permite el desarrollo de células madre basales de las vías respiratorias individuales y específicas de la enfermedad en un laboratorio que se pueden utilizar para desarrollar modelos de enfermedades, que en última instancia pueden conducir al desarrollo de fármacos y una plataforma en la que se pueden probar enfoques de fármacos dirigidos. Los hallazgos y las células del estudio se compartirán libremente dada la filosofía de «Biología de código abierto» del CReM, como intercambio de información y hallazgos que ayudarán al avance de la ciencia en todo el mundo.
«En pocas palabras, hemos desarrollado una forma de reproducir células basales de las vías respiratorias específicas del paciente en el laboratorio, con el objetivo final de poder regenerar las vías respiratorias para pacientes con enfermedades relacionadas con ellas«, comenta el doctor Finn Hawkins, licenciado en Medicina y Cirugía, neumólogo y médico-científico del Boston Medical Center, investigador principal del CReM y del Pulmonary Center y primer autor del estudio.
«Demostramos el potencial de estas células ibasales para modelar tanto el desarrollo humano como la enfermedad, proporcionando evidencia de su capacidad para regenerar el epitelio de las vías respiratorias«
«Estos resultados podrían conducir a una mejor comprensión y, por lo tanto, a tratamientos para una variedad de enfermedades de las vías respiratorias«, según el doctor en Medicina Shingo Suzuki, coprimer autor e investigador postdoctoral en UTHealth. Por ejemplo, la fibrosis quística es causada por una mutación genética que está presente en todas las células de las vías respiratorias. «Si pudiéramos producir células madre pluripotentes utilizando una muestra de un paciente que tiene fibrosis quística, corregir la mutación y reemplazar las células defectuosas de las vías respiratorias con células basales de las vías respiratorias corregidas que de otra manera serían genéticamente idénticas, eventualmente podríamos curar la enfermedad y otras parecidas en el futuro utilizando esta misma tecnología«, añade Hawkins.
Las células madre pluripotentes inducidas son las células madre maestras que pueden producir cualquier célula o tejido en el cuerpo humano. Se crean reprogramando una muestra humana, como una gota de sangre, en una población de células que son similares a las células madre embrionarias, incluida la capacidad de formar diferentes tipos de células dentro de los órganos. Para este estudio, los investigadores establecieron métodos para generar una población de células madre de las vías respiratorias, células basales en el laboratorio. Estas son un tipo importante de células de las vías respiratorias humanas, que mantienen el revestimiento de las células en las vías respiratorias, incluidas las células que producen moco y las que impulsan el moco hacia arriba y fuera de los pulmones.
Los investigadores primero diseñaron células madre pluripotentes inducidas con una secuencia genética que codifica una proteína fluorescente que les permitiría visualizar, rastrear y purificar las células basales si estuvieran presentes. Luego, los investigadores recurrieron a estudios sobre embriones y al trabajo previo en este campo para determinar cómo se forman las células basales a medida que se desarrollan los pulmones. Mediante la manipulación de células madre pluripotentes inducidas con una serie de pasos destinados a simular lo que sucede durante el desarrollo pulmonar, los investigadores generaron con éxito células que eran muy similares a las células basales de las vías respiratorias humanas en términos de su apariencia, los genes que expresaban y, lo más importante, su capacidad para proliferar y formar los otros tipos de células de las vías respiratorias. Las células, denominadas células ibasales, pudieron regenerar una vía respiratoria in vivo utilizando un modelo de tráquea de roedor.
Las células ibasales resultantes, elaboradas a partir de pacientes con una variedad de enfermedades pulmonares, también pudieron modelar las enfermedades de las vías respiratorias que afectan a esos pacientes, incluida la metaplasia mucosa, que es característica de las vías respiratorias asmáticas, la disfunción del canal de cloruro que causa la fibrosis quística y los defectos en el latido de los cilios que causa la enfermedad llamada discinesia ciliar primaria. Este enfoque permitirá futuras oportunidades para estudiar estos cambios genéticos y cómo revertirlos para curar la enfermedad en humanos. Desde una perspectiva práctica, las células ibasales crecen bien en condiciones especiales de cultivo en un laboratorio, lo que permite producirlas en grandes cantidades, y las células basales específicas del paciente se pueden cultivar, congelar para trabajos futuros y compartir con la comunidad de investigación en general.
«Demostramos el potencial de estas células ibasales para modelar tanto el desarrollo humano como la enfermedad, proporcionando evidencia de su capacidad para regenerar el epitelio de las vías respiratorias«, afirma Hawkins, quien también es profesor asistente de medicina en la Facultad de Medicina de la Universidad de Boston. «Esperamos que este sea un avance significativo y contribuya a generar nuevos conocimientos y opciones de tratamiento para las enfermedades de las vías respiratorias, ya que nuestros resultados han superado varios obstáculos importantes que actualmente limitan el progreso en el campo«.
Fuente: Cell Stem Cell.
