Hace algunos años, apenas un poco más de una década, la posibilidad de que una célula de nuestro cuerpo fuese capaz de transformarse en otro tipo de célula podía considerarse una fantasía trasnochada. Eso implicaría que una célula ya diferenciada, como puede ser una célula de la piel, deje lo que está haciendo y remodele por completo su morfología, su programa particular de expresión génica y todo lo relacionado a su función, para reinventarse luego como otra cosa, digamos una neurona, por poner un ejemplo de especialización extrema. Cualquier biólogo o bióloga que anduviera cerca le diría que eso era, sencillamente, imposible. Sin embargo, acá estamos, y ya deberíamos saber que decir “imposible” con el tiempo te deja pegado.
Hoy podemos tomar una célula adulta de nuestro cuerpo, aplicarle algunas técnicas genéticas y revertir su diferenciación hasta tener una célula pluripotencial, capaz de convertirse en cualquier tipo de célula y en la mayoría de los tejidos, o generar el cambio de un tipo celular a otro directamente. Estos descubrimientos transformaron la biología celular, potenciaron las posibilidades de la medicina regenerativa, y abrieron nuevos panoramas para la investigación en numerosas disciplinas. En conjunto, un ambiente fértil para hallazgos impactantes, de esos que te dejan unos segundos con la boca abierta. Y eso es exactamente lo que pasa al leer el trabajo de Hao Quian y colaboradores, de la Universidad de California, publicado recientemente en la revista Nature. Allí, los investigadores muestran que lograron obtener neuronas funcionales a partir de otras células inhibiendo un único gen, y usaron esa estrategia para revertir todos los síntomas en un modelo experimental de la enfermedad de Parkinson. Así como suena.
Creando neuronas
El grupo de investigación comenzó estudiando la proteína PTB. Esta proteína se une a algunos ARN mensajeros y puede regular su estabilidad. Ya que el ARN mensajero es quien lleva la lista de ingredientes para fabricar una proteína cualquiera, PTB, al unirse al ARN, regula también la síntesis de esas proteínas. Consideremos que quizás esas proteínas puedan interactuar con otras, generar a su vez que se fabriquen nuevas proteínas, que estas nuevas cambien el estado de otras moléculas, y así sucesivamente. PTB, de esta forma, está controlando toda una cascada de señales encadenadas.
Como cuenta el jefe del grupo, Xiang-Dong Fu, en el comunicado de prensa de la Universidad, estaban realizando experimentos en los que inhibían el gen de la proteína PTB en células de tejido conjuntivo (tejido que sostiene, protege y ayuda a estructurar otros tejidos y órganos) llamadas fibroblastos. Lo que buscaban era desarrollar una línea celular que no produjera PTB y les sirviera como modelo de estudio. Pero al cabo de unas semanas, al revisar la placa de Petri observaron algo extraño: había muy pocos fibroblastos, y muchas neuronas.
Lograr producir neuronas de una manera relativamente sencilla, inhibiendo un único gen, fue un hallazgo sorprendente en sí mismo, y un aporte metodológico importante. Pero fueron por más. Luego de reproducir su resultado tanto en fibroblastos de ratón como de humanos, pasaron a usar otras células: los astrocitos, un tipo de células gliales del sistema nervioso, mucho más abundantes que las neuronas. Comenzaron con experimentos in vitro, en los que de nuevo la inhibición de la producción de PTB generó la conversión de los astrocitos (de ratones y humanos) en neuronas. El proceso probó ser bastante eficiente, ya que en cuatro semanas de 50% a 80% de las células tratadas presentaban todas las características morfológicas, eléctricas y proteicas de una neurona.
El siguiente paso fue probar la creación de nuevas neuronas en su ambiente natural, o sea, directamente en el cerebro de un ratón. Para esto generaron un virus no infeccioso (no nos va a sumir en una nueva cuarentena, no se alarme) que contiene un fragmento artificial de una cadena de ADN. Este ADN está diseñado para que se una al ARN necesario para la fabricación de PTB. Este virus actúa de forma específica sobre los astrocitos, y al traspasarles este fragmento de ADN, lo que va a generar, a fin de cuentas, es el freno de la producción de PTB. También agregaron allí un marcador fluorescente, para poder seguir de cerca las células alcanzadas por el virus.
El virus lo inyectaron en la sustancia nigra, una región del cerebro que participa, entre otras cosas, en la iniciación y el control del movimiento. Con el pasar de las semanas, muchos astrocitos fueron convirtiéndose en neuronas, y continuaron madurando hasta diferenciarse, a las 12 semanas, en neuronas que contienen y liberan el neurotransmisor dopamina. Esto es muy llamativo, porque la sustancia nigra está formada principalmente por neuronas de dopamina, o sea que el ambiente en que estén los astrocitos puede influir directamente en el tipo de neurona al que se convierten. De hecho, se obtuvieron más neuronas de dopamina en la sustancia nigra que en otras regiones que probaron, por ejemplo, la corteza cerebral. Finalmente, de 30% a 35 % de las células tratadas se convirtieron en neuronas de dopamina completamente funcionales, establecieron conexiones con otras neuronas y se integraron a los circuitos correspondientes.
Posibilidades terapéuticas
El éxito en la generación de neuronas de dopamina en la sustancia nigra de ratón a partir de los astrocitos fue extremadamente relevante, porque son esas mismas neuronas las que típicamente se pierden en la enfermedad de Parkinson.
El Parkinson constituye la segunda enfermedad neurodegenerativa más frecuente luego de la demencia tipo Alzheimer, y se caracteriza principalmente por lentitud de movimiento, aumento de la rigidez muscular, temblor y pérdida del control de la postura, en conjunto con alteraciones cognitivas y emocionales. Si bien las causas exactas de su aparición son desconocidas, probablemente se deba a la combinación de factores ambientales y genéticos.
A nivel neurobiológico, uno de los elementos definitorios de la enfermedad es la pérdida de las neuronas de la sustancia nigra, que envían sus axones hacia una región llamada cuerpo estriado, donde liberan dopamina. La falta de dopamina en esa región, generada por la muerte de las neuronas, genera las alteraciones motoras típicas de la enfermedad. Pero el sistema nervioso tiene una gran capacidad de compensación y amortiguamiento, por lo que se pierde una gran cantidad de neuronas antes de comenzar a manifestar síntomas.
Una parte importante del tratamiento, por lo tanto, se basa en recuperar, mantener o prolongar la funcionalidad de ese sistema. Una opción muy utilizada es hacer que las neuronas produzcan y liberen más dopamina para compensar su menor número, mediante el uso de fármacos específicos. El más conocido es la levodopa, una molécula que sirve como materia prima para sintetizar dopamina. Los pacientes tratados con levodopa tienen una mejoría inicial, pero su efecto terapéutico suele decaer con el tiempo y el uso repetido (aunque su efecto se prolonga combinando varios fármacos).
En este contexto se propuso que el trasplante de células madre a la sustancia nigra podría ayudar a pacientes resistentes al tratamiento, al generar nuevas neuronas de dopamina. Esta estrategia continúa bajo estudio, con muchos resultados contradictorios, y aún no hay certeza clara de la eficacia y seguridad de este abordaje. Por lo tanto, persiste al día de hoy una búsqueda y necesidad de métodos terapéuticos más eficaces y seguros para las personas con enfermedad de Parkinson.
Tratamiento de una sola vez... en ratones
Para estudiar en profundidad la biología de la enfermedad de Parkinson, se utilizan modelos animales que imitan distintos aspectos de esta. En el caso del trabajo de Fu y su grupo, administraron una molécula en la sustancia nigra de ratones que actúa como un veneno específico para las neuronas de dopamina, eliminando cerca de 90% de estas. Como resultado, los ratones que perdieron estas neuronas desarrollaron algunos síntomas similares a los observados en la enfermedad de Parkinson, como alteraciones en la locomoción y el movimiento de las patas, y dificultades para manipular objetos con las patas delanteras.
Una vez confirmadas la lesión y los síntomas, les administraron una única vez el virus generado para inhibir la producción de PTB, y esperaron. El resultado fue impactante. El tratamiento logró restaurar el número de neuronas de dopamina a aproximadamente un tercio de su número original, y no sólo eso, sino que estas neuronas también enviaron proyecciones hacia el cuerpo estriado, reforzando el circuito dañado. Esto puede parecer simple, considerando que estas regiones están a apenas unos milímetros de distancia en el cerebro del ratón, pero, desde la perspectiva de la célula, es una verdadera proeza. ¿Cómo logra la joven neurona guiar su axón hasta esa región? ¿Cómo “sabe” a dónde debe ir? Son necesarias una cantidad enorme de señales, tanto internas como del entorno en que está inmersa la célula, para que esto suceda mientras el individuo completa su desarrollo. Y que esas señales sigan presentes y activas en la adultez, cuando se supone que ya está todo armado, es, como mínimo, llamativo y fascinante.
Pero lo que necesitamos es que esas neuronas no sólo lleguen al cuerpo estriado, sino que liberen dopamina. Luego de la lesión infligida a los ratones, la cantidad de dopamina en esa zona de sus cerebros se redujo a 25% de su valor original. Pero luego del tratamiento, la cantidad de dopamina subió a 65%. Gracias a la capacidad de adaptación del sistema nervioso, eso es suficiente. Luego de tres meses de la inyección del tratamiento, los ratones lesionados recuperaron por completo el correcto funcionamiento de sus miembros en distintas pruebas de control motor y comportamiento, mientras que los animales controles, que no recibieron el tratamiento, no mostraron ningún cambio ni mejoría. Y algo muy importante: los ratones recuperados no volvieron a mostrar síntomas motores de ningún tipo.
Limitaciones y maravillas
Como bien aclara Fu en su comunicado, “los ratones no son gente”, y es importante que el estudio, si bien es enormemente prometedor, sea considerado como lo que es: un estudio preclínico en animales.
Por un lado, el modelo experimental de la enfermedad de Parkinson, si bien ha probado ser muy útil, es un modelo, y no representa fielmente todas las características de la enfermedad. A su vez, para un eventual uso en humanos, será necesario superar varios obstáculos y respuestas a preguntas importantes, por ejemplo, en qué medida la edad afecta el proceso de reprogramación.
En el estudio de Fu las neuronas nuevas solían ser astrocitos, por lo que también es importante conocer a fondo las posibles consecuencias de contar con menos astrocitos; aunque sean relativamente pocos los que se transforman, no podemos estar seguros todavía de que una disminución de astrocitos no traerá efectos secundarios indeseados. ¿Qué pasa si las conexiones de las neuronas nuevas no van a dónde deben ir y terminan en otra región? ¿Qué generaría eso?
Es claro que hay muchas interrogantes, pero, sin desmotivarse, Fu resalta que el estudio sirve como prueba de concepto, lo que significa que, aunque aún esté en una etapa inicial, el proceso tiene potencial de ser explotado de manera útil.
Además de la importancia innegable que tiene la búsqueda de tratamientos eficaces para enfermedades neurodegenerativas, y del aporte de este trabajo en ese camino, también vale la pena intentar corrernos del sesgo que tenemos hacia lo obviamente útil y resaltar otros aportes del trabajo, también muy significativos.
A la célula, esa pequeña unidad de vida, muchas veces se la nombra como “los ladrillos que forman nuestro cuerpo”, una expresión que varios autores destacan como injusta. Los ladrillos dan una imagen quieta, estática y duradera. La célula no es nada de eso, aunque quizás sí un poco duradera. La célula es algo vivo, dinámico y cambiante, probablemente y como muestra el artículo, mucho más de lo que imaginamos.
Aun cuando los astrocitos están completamente diferenciados en animales adultos, este trabajo nos muestra que este tipo de células mantienen latente pero funcional todos los programas de diferenciación para otro tipo celular. Y este cambio tan drástico e impensado puede hacerse, insisto, con la inhibición de una única proteína. Y, por si fuera poco, las células convertidas también se integran aparentemente sin problemas en su entorno con otras células.
Considerando los millones de células, miles de genes y cientos de tipos celulares que deben coordinarse para ser lo que somos, y la relevancia que puede tener una única proteína, no deja de ser maravilloso que no nos desarmemos. Estamos cargados de vida extremadamente flexible, maleable y resistente, y cuanto más aprendemos, más dinámica se vuelve. Las posibilidades son infinitas.
Artículo: “Reversing a model of Parkinson’s disease with in situ converted nigral neurons”.
Publicación: Nature (24 de junio, 2020).
Autores: Hao Qian, Xinjiang Kang, Jing Hu, Dongyang Zhang, Zhengyu Liang, Fan Meng, Xuan Zhang, Yuanchao Xue, Roy Maimon, Steven F. Dowdy, Neal K Devaraj, Zhuan Zhou, William C Mobley, Don W Cleveland y Xiang-Dong Fu.
Autores: H Qian, X Kang, J Hu y colaboradores.