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Rosa GasaInstitut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), BarcelonaCIBERDEMMiembro del Grupo de Trabajo sobre islotes pancreáticos de la Sociedad Española de Diabetes

TERAPIA CELULAR SUSTITUTIVA

En la diabetes tipo 1 (DM1) las células beta que secretan insulina son atacadas por el sistema inmunitario del cuerpo (autoin-munidad). Cuando el número de células beta disminuye por debajo de un nivel crí-tico, se manifiesta la diabetes. Por ello, las personas con DM1 necesitan la adminis-tración de insulina para controlar los nive-les de glucosa en sangre. No obstante, la terapia insulínica no siempre logra un con-trol glucémico adecuado y por lo tanto, no evita el riesgo de complicaciones crónicas asociadas a esta enfermedad.

La DM1, definida por la deficiencia de un solo tipo celular, la célula beta, es una can-didata idónea para aplicar estrategias de terapia celular sustitutiva que consisten en reemplazar las células defectuosas o dañadas por nuevas células, con el fin de

recuperar la función del órgano o tejido afectado. La mejor opción para conseguir un control metabólico adecuado en perso-nas con diabetes es que el propio cuerpo vuelva a producir insulina.

El trasplante de islotes pancreáticos de donante es una de las opciones de tera-pia celular probadas hasta el momento en pacientes con DM1 de difícil control. Los resultados obtenidos son prometedores, ya que el 100% de los pacientes no requie-ren administración de insulina exógena después del trasplante. Sin embargo, esta independencia es temporal y un 75% de los pacientes acaban necesitando terapia insulínica cinco años después del trasplan-te1. Asimismo, la escasez de donantes limi-ta la disponibilidad de islotes y condiciona la posibilidad de un uso generalizado de esta estrategia como tratamiento para la diabetes.

¿Cómo podemos crear células beta para el trasplante?

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Una alternativa a los islotes de donante es obtener células beta para trasplante a par-tir de fuentes celulares renovables, como las células madre embrionarias proceden-tes de embriones de pocos días de vida. Es-tas células pueden crecer indefinidamente en el laboratorio y tienen la capacidad, en condiciones específicas, de convertirse en todas las células especializadas de nuestro cuerpo (pluripotencia).

El descubrimiento de que una célula espe-cializada de un organismo adulto puede ser transformada en una célula pluripoten-cial similar a una célula madre (llamadas células iPS, del inglés induced Pluripotent Stem cells) ha desplazado a las células ma-dre embrionarias como opción preferente en terapia celular sustitutiva. Por una par-te, la utilización de una fuente celular adul-ta evita las cuestiones éticas o religiosas que conciernen al uso de células de origen embrionario. Por otra parte, se pueden crear células específicas para cada pacien-te, compatibles con el auto-trasplante que no requieren tratamiento inmunosupre-sor. Sin duda alguna, las células iPS han re-volucionado el campo de las células madre y de la medicina regenerativa esta última década.

¿QUÉ ES LA REPROGRAMACIÓN CELULAR?

El proceso por el cual las células madre adquieren características especiales y se convierten en células especializadas que llevan a cabo una función concreta se co-noce como diferenciación celular. Durante mucho tiempo se consideró que la diferen-ciación celular era un proceso irreversible. Sin embargo, los trabajos de John Gurdon en 1962 y de Shinya Yamanaka en 2006, ambos galardonados con el premio Nobel de Medicina el año 2012, demostraron que una célula madura puede reprogramarse y convertirse en una célula pluripotencial (reprogramación celular), retando así la idea prevalente sobre la irreversibilidad de la diferenciación celular.

Yamanaka descubrió que una célula de la

piel (fibroblasto) de ratón se podía trans-formar en una célula similar a una célula madre embrionaria incorporándole cuatro factores importantes que definen las ca-racterísticas de una célula pluripotencial. Estas células se denominaron células pluri-potenciales inducidas o iPS2. El experimen-to original de Yamanaka ha sido reprodu-cido en diversos laboratorios del mundo, optimizado y validado con diversas fuen-tes celulares adultas de ratón y humanas. Por ejemplo, se han creado con éxito cé-lulas iPS provenientes de fibroblastos de personas con DM13.

¿CÓMO SE CREAN CÉLULAS BETA A PARTIR DE CÉLULAS MADRE EN EL LABORATORIO?Para crear células beta a partir de célu-las madre (embrionarias o iPS) se siguen protocolos de diferenciación dirigida que tratan de simular, en una placa de Petri, el proceso normal de formación de las célu-las beta durante el desarrollo embriona-rio4,5. Para ello se utilizan condiciones de cultivo definidas que inducen a las células madre a transitar por etapas de diferencia-ción secuenciales similares a los estadios por los que pasarían hasta convertirse en una célula beta en el embrión. Estos pro-tocolos suelen durar unos treinta días y son eficientes en la producción de precur-sores de células beta. De todos modos, las etapas finales de diferenciación de estos precursores hacia células beta aún son de-ficientes y las células producidas se aseme-jan más a una célula beta fetal que a una adulta. Hoy en día se está trabajando acti-vamente en optimizar las etapas finales de »

CUANDO EL NÚMERO DE CÉLULAS BETA DISMINUYE POR DEBAJO DE UN NIVEL CRÍTICO, SE MANIFIESTA LA DIABETES. POR ELLO, LAS PERSONAS CON DM1

NECESITAN LA ADMINISTRACIÓN DE INSULINA PARA CONTROLAR LOS NIVELES DE GLUCOSA EN SANGRE.

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los protocolos actuales de diferenciación con el fin de superar este cuello de botella y obtener células beta funcionales6,7.

Un método alternativo a obtener célu-las beta funcionales en el laboratorio es trasplantar precursores (derivados de células madre) y dejar que el proceso de diferenciación tenga lugar en el organis-mo receptor. Esta estrategia surgió de la observación experimental que tras el trasplante en ratones, por mecanismos aún desconocidos, las células precursoras se diferenciaban espontáneamente hacia células beta funcionales8. Este fenómeno sentó las bases del primer ensayo clíni-co de fase 1/2 realizado en personas con DM1 y liderado por la compañía americana Viacyte Inc. (NCT02239354). Este ensayo, iniciado en 2014 y que finalizará el 2021, pretende evaluar la seguridad y tolerancia del trasplante subcutáneo de un disposi-tivo de macro-encapsulación que contie-

ne en su interior células precursoras de células beta derivadas de células madre embrionarias humanas. El diseño de este dispositivo está pensado para proteger las células trasplantadas frente al sistema inmunitario del receptor y, paralelamente, permitir el intercambio de oxígeno, nu-trientes y otros factores vitales entre el implante y los vasos sanguíneos. En un año conoceremos la validez de esta estrategia en humanos.

¿REPROGRAMACIÓN CELULAR SIN PASAR POR UN ESTADO PLURIPOTENCIAL?

En el año 1987 se demostró por primera vez que la introducción de un solo fac-tor podía convertir un fibroblasto de piel en una célula muscular sin pasar por un estado pluripotencial intermedio. Este descubrimiento evidenció la plasticidad, insospechada, de las células adultas y des-veló un nuevo paradigma, denominado reprogramación directa o transdiferen-ciación, con un potencial significativo en terapia celular. Desde un punto de vista de aplicación clínica, una ventaja respec-to al uso de células madre (embrionarias o iPS) es el hecho de que no hay riesgo de formación de tumores asociado al estado pluripotencial. Además, al igual que en la terapia con células iPS, el paciente podría recibir sus mismas células una vez transdi-ferenciadas.

Un punto clave para diseñar una repro-gramación directa es el de identificar los factores necesarios y suficientes para transformar una célula en otra. En ge-neral, suele tratarse de genes/factores involucrados en el desarrollo y/o funcio-namiento de la célula que se desea crear. Así, en 2008, se describió un grupo de tres proteínas importantes en el desarrollo pancreático capaces de reprogramar cé-lulas exocrinas del páncreas hacia células beta en ratones9. Estudios posteriores han demostrado que estos mismos facto-res, en distintas combinaciones, pueden transformar células del hígado, estómago, intestino o células alfa del islote hacia cé-lulas beta.

UN PUNTO CLAVE PARA DISEÑAR UNA REPROGRAMACIÓN DIRECTA ES EL DE IDENTIFICAR LOS FACTORES NECESARIOS Y SUFICIENTES PARA

TRANSFORMAR UNA CÉLULA EN OTRA»

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Cabe destacar que todos estos tipos celu-lares tienen un origen embriológico próxi-mo a las células beta, lo que podría haber facilitado el proceso de reprogramación directa. Sin embargo, si consideramos su aplicación clínica potencial, parece obvio que la célula de origen debería ser una cé-lula de fácil acceso y manipulación como, por ejemplo, una célula de la piel, del fo-lículo piloso o de la sangre. Si bien se ha demostrado que un fibroblasto de piel puede ser fuente directa de estirpes ce-lulares alejadas como una neurona, queda por resolver si también podría serlo de una célula beta.

CONCLUSIONESLas grandes expectativas puestas en la terapia celular como tratamiento efectivo (curación) de la diabetes han propiciado grandes avances en estrategias celulares y tecnológicas novedosas en esta área de la biomedicina. El alto volumen de investi-gación científica ha dado como fruto pro-gresos muy importantes en relativamente poco tiempo y, es de esperar, que este rit-mo se mantenga en los próximos años.

Un aspecto cardinal para aplicar una tera-pia celular efectiva es poder obtener cé-

lulas beta sustitutas funcionales. En este sentido, es necesario seguir mejorando los protocolos de derivación de células beta a partir de células madre para con-seguir células beta funcionalmente ma-duras, sea en una placa de Petri o tras el trasplante. Será también interesante se-guir explorando vías alternativas prome-tedoras como la reprogramación directa a partir de células adultas.

Finalmente, la obtención de células para trasplante deberá ir acompañada del de-sarrollo de estrategias dirigidas a prote-gerlas frente a la respuesta autoinmune, sea mediante el uso de fármacos y anti-cuerpos específicos, sea a través de ba-rreras físicas (encapsulación) de las célu-las trasplantadas.

LA OBTENCIÓN DE CÉLULAS PARA TRASPLANTE DEBERÁ IR ACOMPAÑADA DEL DESARROLLO

DE ESTRATEGIAS DIRIGIDAS A PROTEGERLAS FRENTE A LA RESPUESTA AUTOINMUNE

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