Proceso paso a paso de recableado celular para generar precursores de células germinales

Los distintos tipos de células -por ejemplo, las del corazón, el hígado, la sangre y los espermatozoides- poseen características que les ayudan a desempeñar sus funciones específicas en el organismo. En general, esas características están programadas. Sin intervención, una célula del corazón no se transformará espontáneamente en una célula del hígado.

Sin embargo, investigadores de la Facultad de Veterinaria de la Universidad de Pensilvania, con colaboradores de la Universidad de Texas en San Antonio y el Instituto de Investigación Biomédica de Texas, han conseguido que las células sanguíneas del tití adquieran la flexibilidad de las células madre. A continuación, dirigieron esas células madre para que adoptaran las características de los precursores del esperma.

En la revista eLife, informan sobre su proceso paso a paso de recableado celular. Los hallazgos, los primeros en el tití, un pequeño mono, abren nuevas posibilidades para el estudio de la biología de los primates y el desarrollo de nuevas tecnologías de reproducción asistida, como la gametogénesis in vitro, un proceso de generación de células germinales, espermatozoides u óvulos, en una placa de laboratorio, similar a la fecundación in vitro , que consiste en la generación de un embrión fuera del cuerpo humano.

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Los científicos saben cómo generar espermatozoides y óvulos funcionales a partir de células madre pluripotentes inducidas en ratones, pero las células germinales de ratón son muy diferentes de las humanas. Estudiando a los titíes, cuya biología se parece más a la nuestra, podemos salvar la distancia".

Kotaro Sasaki, profesor adjunto de Penn Vet

Para entender cómo se generan las células germinales, los investigadores estudiaron primero los precursores de células germinales de embriones de tití, que nunca se habían caracterizado rigurosamente para la especie. Descubrieron que estas células en fase inicial, conocidas como células germinales primordiales (CGP), llevaban ciertos marcadores moleculares que podían rastrearse a lo largo del tiempo. La secuenciación unicelular del ARN de estas células reveló que las PGC expresaban genes característicos de las células germinales primitivas y genes relacionados con modificaciones epigenéticas, que regulan la expresión génica. Sin embargo, las PGC no expresaban genes que se sabe que se activan más adelante en el proceso de desarrollo de las células germinales, cuando las células precursoras migran a los ovarios o los testículos para completar su maduración.

Sus hallazgos son "coherentes con la idea de que las células germinales del tití se someten a un proceso de reprogramación", afirma Sasaki, que "desactiva" ciertos marcadores y permite que las PGC avancen por las etapas del desarrollo de las células germinales. Los patrones que los investigadores observaron en las células del tití se parecían mucho a los que se han encontrado en humanos y otras especies de monos, pero eran distintos de los de los ratones, otra razón por la que el tití podría ser un modelo valioso para los estudios de biología reproductiva.

Con esa información en la mano, el equipo se puso a intentar reconstituir el proceso de desarrollo artificialmente, en el laboratorio. El primer paso: transformar las células sanguíneas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC), células que conservan la capacidad de dar lugar a una serie de otros tipos celulares.

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"Tengo mucha experiencia en el trabajo con cultivos celulares y células madre pluripotentes inducidas, pero establecer un cultivo estable para las células de tití fue una parte difícil del estudio", dice Yasunari Seita, investigador postdoctoral en el laboratorio de Sasaki y autor principal.

Tras muchas pruebas y errores, y aplicando lo aprendido en investigaciones con ratones, humanos y otros, Seita dio con una estrategia que le permitió generar y mantener cultivos estables de iPSC. Una de las claves del éxito fue la adición de un inhibidor de la vía de señalización gobernada por la proteína Wnt, implicada en diversas funciones celulares, como la diferenciación celular.

El siguiente paso fue pasar de las iPSC a precursores de células germinales. Una vez más, se experimentó mucho para desarrollar el protocolo de esta transformación. El método que mejor funcionó consistió en añadir un cóctel de factores de crecimiento para lograr que entre el 15 y el 40% de su cultivo adoptara las características de estos precursores de células germinales.

"Nos entusiasmó ver esa eficacia y pudimos ampliar nuestros cultivos, pasándolos varias veces y observando un crecimiento bonito y exponencial", afirma Sasaki. "Las células mantenían marcadores clave de células germinales, pero no expresaban otros marcadores asociados a la migración a la gónada".

En la fase final del estudio, el equipo de investigación consiguió que estas células cultivadas en laboratorio adoptaran las características de las células germinales en fase avanzada. Basándose en un método que Sasaki y sus colegas habían establecido anteriormente en células humanas y del que informaron en un artículo publicado en Nature Communications en 2020, cultivaron las células con células testiculares de ratón a lo largo de un mes. El resultado fue un crecimiento satisfactorio en el que algunas células empezaron a activar genes asociados a células precursoras de espermatozoides en estadios posteriores.

El desarrollo de nuevos métodos de estudio del tití permite a los equipos de Pennsylvania y de la Universidad de Texas en San Antonio, así como a la comunidad científica en general, utilizar esta especie como un importante modelo de investigación. El funcionamiento cognitivo del tití, por ejemplo, se asemeja en muchos aspectos al del ser humano, por lo que podría aportar nuevos conocimientos en neurociencia.

Para el grupo de Sasaki, más interesado en el desarrollo del aparato reproductor, el tití representa una nueva vía para proseguir los estudios del desarrollo normal y anormal, así como de la fertilidad.

"Cuando se piensa en las aplicaciones clínicas de una tecnología de reproducción asistida como la gametogénesis in vitro, pueden surgir muchos problemas éticos, legales y de seguridad", afirma Sasaki. "Definitivamente necesitamos un buen modelo preclínico que explorar antes de pasar a la traslación clínica humana".