CLONACIN, CLULAS MADRE Y REPROGRAMACIN CELULARJUSTO AZNAR DIRECTOR DEL INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA VIDA NOVIEMBRE 2011 1

CLONACIN2

DEFINICIN DE CLONACINPor clonacin se entiende: Producir mltiples copias de una secuencia de ADN mediante tcnicas de ADN recombinante Producir una clula genticamente idntica a partir de otra clula Obtener una poblacin celular con idntico genotipo Producir un ser biolgico genticamente idntico a otro a partir del material gentico de una clula de la persona o animal que se va a clonar3

EN QUE CONSISTE LA CLONACIN DE EMBRIONES REALIZADA POR TRANSFERENCIA NUCLEAR SOMTICA?

4

TRANSFERENCIA NUCLEAR SOMTICAOvocito Clula adulta

Enucleacin

Enucleacin

TRANSFERENCIA NUCLEAR Cigoto hbrido ACTIVACINClulas madre embrionarias Masa granulosa interna

Embrin de dos clulas

Resto embrionario

Embrin de 64 a 200 clulas (blastocisto)

5

CLONACIN REPRODUCTIVA Y TERAPUTICAImplantacin en el tero de una mujer embarazo nio

Clonacin reproductiva Clonacin teraputica Blastocisto masa granulosa interna cultivo Clulas de: Hgado Corazn Msculo Nerviosas Sangre etc.

obtencin de clulas madre

resto del embrin que se destruye6

ES ADECUADO EL TRMINO CLONACIN TERAPUTICA? NO SE DEBERA LLAMAR CLONACIN EXPERIMENTAL?7

CLONACIN ANIMAL8

CLONACIN ANIMAL RESUMEN HISTRICO

Heidi Ledford. Nature 445; 800-802, 2007

9

CLONACIN ANIMALClonacin de lobosInvestigadores de la Universidad de Sel publican en marzo de 2007 la clonacin de dos lobos, Snuwolf y SnuwolffyM.K. Kim y col. Cloning and Stem Cells 9; 130-137, 2007

Un equipo de la propia Universidad de Sel confirma, el 27 de abril de 2007, que los lobos clonados son genuinos clonesNature / DOI: 10.1038 / News 070430- 4. 1 de mayo de 2007 10 )

CLONACIN ANIMALClonacin de blastocistos de primatesEl equipo de Shoukhrat Mitalipov ha conseguido por primera vez en el mundo clonar blastocistos de primates no humanos a partir de fibroblastos de piel de macacus rhesus Obtuvieron 304 ovocitos a partir de 14 hembras de esta misma raza de monos de los que se derivaron 21 blastocistos y 2 lneas de clulas madre embrionarias, la CRES 1 y la CRES 2 Pero hasta esa fecha no se haba logrado clonar un primate vivoEficiencia 0.7%J.A. Byrne y col. Nature 450; 497-502, 200711

CLONACIN ANIMALClonacin de blastocistos de primatesEn un estudio ms reciente del mismo equipo en el que tambin utilizan fibroblastos de piel de macacus rhesus hembras consiguen derivar dos nuevas lneas de clulas madre embrionarias, la CRES 3 y CRES 4 Destaca el hecho de que han utilizado menos de diez ovocitos obtenidos tras una nica estimulacin ovrica, es decir consiguen mejorar sustancialmente la eficiencia de la tcnicaM S Sparman Stem Cells 27; 1255-1264, 2009 12

CLONACIN ANIMALClonacin de blastocistos de primatesEn este mismo trabajo se describe que han conseguido 5 embarazos despus de transferir 67 embriones a 10 hembras de los cuales solamente 1 progres hasta el 81 da de la gestacin Los estudios realizados en el feto obtenido muestran un pobre desarrollo de la placenta y menos vellosidades coriales que los controles. Adems en el tejido fetal faltan componentes del ectodermo. Todo ello sugiere un insuficiente desarrollo de los componentes placentarios, lo que podra justificar la deficiente evolucin de los fetos obtenidosM S Sparman Stem Cells 27; 1255-1264, 2009 13

CLONACIN ANIMALClonacin de blastocistos de primates. Inters biomdico de esta tcnica

La transferencia nuclear somtica realizada en primates es un atractivo modelo experimental por su indudable similitud con el modelo humano, al cual podra sustituir con ventaja en muchas ocasiones Ello hace que los beneficios de esta tcnica sea de gran inters biomdicoM S Sparman Stem Cells 27; 1255-1264, 2009 14

CLONACIN ANIMALCONCLUSIN

Aunque todava no se ha conseguido la clonacin de un primate no humano vivo la reciente aportacin del equipo de Mitalipov sugiere que pueda conseguirse en un futuro prximo, lo que abrira la puerta a que tambin pudiera lograrse en humanos, con las dificultades ticas que ello conllevara15

TIENEN PROBLEMAS LAS ANIMALES CLONADOS? Prematuro envejecimiento Desarrollo de malformaciones congnitas Padecimiento de distintas patologas: reuma, ceguera, sordera, defectos musculares, diabetes y procesos neurodegenerativos16

TIENE PROBLEMAS LA TCNICA?Baja eficienciaPara la obtencin de la oveja Dolly se realizaron 270 intentos de clonacin Para el galgo afgano se produjeron 1095 embriones, que se transfirieron a 123 perras, llegando a trmino 2 y sobreviviendo 1 La eficiencia de la clonacin de primates es del 0,7% aproximadamente17

CLONACIN HUMANA18

INTENTOS DE CLONACIN HUMANA1. Cibelli JB. J Regener Med 2; 25, 20011 2. Chen Y. Cell Res 13; 251, 2003 3. Guangxin L. Chinese Sci Bull 48; 1240, 20031 4. Hwang WS et al. Science 303; 1669, 2004 5. Hwang WS et al. Science 308; 1777, 2005 6. Stojkovic M et al. Reprod Bio Med Online 11; 226, 20051 7. Zavos P. et al. Archives of Andrology 52; 243, 2006

1

No consiguieron obtener clulas madre de los blastocistos clonados

19

SE HABA CONSEGUIDO HASTA EL AO 2007 LA CLONACIN HUMANA? No parece que hasta este momento existiera evidencia de que se hubiera logrado la clonacin de blastocistos humanos de los que se hubieran podido derivar lneas celularesJ. Yu y col. Science 318; 1917-1920, 2006 J. Hanna y col. Science 318; 1920-1923, 2007 T. Kakahashi y col. Cell 131; 861-872, 2007 X Yang y col. Nature Genetics 39; 295-302, 2007 20

INTENTOS DE CLONACIN HUMANAUtilizando ovocitos viejos

Se intenta obtener embriones humanos tempranos utilizando ovocitos viejos no tiles para fecundacin in vitro Se encuentran mltiples fallos de desarrollo especialmente la produccin de un elevado nmero de embriones aneuploidesHuman Reproduction 22; 52-62, 200721

INTENTOS DE CLONACIN HUMANASe comparan la eficacia de la clonacin utilizando ovocitos madurados artificialmente y frescos

Dada la dificultad para obtener ovocitos frescos se intenta practicar la transferencia nuclear somtica utilizando ovocitos madurados artificialmente comparando los resultados con ovocitos frescos Con los primeros a partir de 22 ovocitos activados obtienen 13 embriones de dos clulas y solamente dos que evolucionan hasta el estadio de mrula Con los ovocitos frescos a partir de 27 de ellos se obtiene 17 embriones de dos clulas y solamente una mrulaHuman Reproduction 22; 1982.1990, 200722

INTENTOS DE CLONACIN HUMANAEficacia de la clonacin utilizando ovocitos madurados artificialmente

Consiguen la produccin de embriones tempranos utilizando ovocitos madurados artificialmente sobrantes de fecundacin in vitro pero no se desarrollan hasta blastocistos ni se obtienen lneas celularesRBM Online 16; 684-693, 200823

INTENTOS DE CLONACIN HUMANAComparacin de resultados obtenidos utilizando ovocitos animales y humanos

Utilizan ovocitos madurados artificialmente sobrantes de fecundacin in vitro para obtener embriones tempranos, comparando ovocitos animales y humanos Comprueban que solamente los humanos consiguen la reprogramacin del ncleo de la clula adulta utilizada para la trasferencia nuclear somticaCloning and Stem Cells 11; 213-223, 200924

INTENTOS DE CLONACIN HUMANAObtencin por primera vez de blastocitos humanos obtenidos por trasferencia nuclear somtica

Sin embargo, en 2008 un equipo de la firma comercial Stemagen Corporation de la Jolla, California pudo obtener blastocistos humanos por transferencia nuclear somtica utilizando clulas adultas de piel y ovocitos de mujeres jvenes (20-24 aos) sobrantes de fecundacin in vitro Tambin obtuvieron blastocistos a partir de un pequeo nmero de ovocitos humanos activados partenogenticamente

Se han obtenido lneas celulares?

AJ French. Stem Cells 26; 485-493, 2008

25

SE HA CONSEGUIDO DERIVAR LNEAS CELULARES A PARTIR DE EMBRIONES HUMANOS CLONADOS?Obtencin de lneas celulares a partir de embriones humanos de pacientes con una determinada patologa

Se intenta derivar lneas celulares de enfermos con una determinada patologa a partir de embriones clonados Esto no se pudo lograr tras 270 intentos de transferencia nuclear somtica siguiendo la tcnica habitualNature 478; 70-75, 201126

SE HA CONSEGUIDO DERIVAR LNEAS CELULARES DE PACIENTES A PARTIR DE EMBRIONES HUMANOS CLONADOS?Obtencin de un cigoto hbrido humano del que se pudieron derivar lneas celulares embrionarias humanas

Sin embargo, s que lo consiguieron si al ovocito utilizado no se le extrae el ncleo sino que simplemente se le aade el de la clula somtica adulta, pudiendo el cigoto hbrido as conseguido desarrollarse hasta la fase de blastocisto del que pudieron obtenerse lneas celulares de un paciente diabtico Estas clulas fueron cultivadas durante 6 meses completando ms de 30 pases de cultivo sin que se produjeran anomalas cromosmicas La dificultad tcnica es que las lneas celulares obtenidas eran triploidesNature 478; 70-75, 2011

27

SE HA CONSEGUIDO DERIVAR LNEAS CELULARES DE PACIENTES A PARTIR DE EMBRIONES HUMANOS CLONADOS? Otro grupo de autores evala cual puede ser la tcnica idnea para obtener ovocitos humanos para ser utilizados en la transferencia nuclear somtica En estas experiencias solo consiguen que una mujer entre en el protocolo experimental De ella se obtienen solamente seis ovocitos Y no se consigue transferir eficazmente ninguno de ellosCell Stem Cell 7 de octubre 2011 DOI 10.1016/j.stem.2011.08.002 28

SE HA CONSEGUIDO DERIVAR LNEAS CELULARES DE PACIENTES A PARTIR DE EMBRIONES HUMANOS CLONADOS?

Hasta el momento solamente en dos trabajos (AJ French. Stem Cells 26; 485493, 2008 y Nature 478; 70-75, 2011) se ha conseguido la produccin de blastocitos humanos, aunque solamente en el segundo de ellos se han podido derivar lneas celulares29

REFLEXIN TICA SOBRE LA CLONACIN

30

HIBRIDACIN31

HIBRIDACIN HOMBRE ANIMAL

JUSTIFICACIN Sustituir los vulos humanos en el proceso de clonacin32

HIBRIDACIN HOMBRE-ANIMAL TIPOS Embriones humanos o animalestransgnicos a los que se les ha trasferido algn gen animal Quimera producida a partir de una clula procedente de un embrin animal que se transfiere a un embrin humano

HIBRIDACINTransferir el ncleo de una clula humana adulta a un vulo animal enucleado El 98% del material gentico es humano Algunos lo llaman cbrido 33 Fertilizacin de un vulo humano con esperma animal o viceversa. Son verdaderos hbridos

CBRIDOS DE HOMBRE Y ANIMALvulo de vaca

vulo ennucleado

Clula adulta

Ncleo clula adulta

Cbrido

Clulas madre hbridas

Masa granulosa interna

Blastocisto

34

HIBRIDACIN

Podramos llegar a ser as?

35

ES POSIBLE LA PRODUCCIN DE CBRIDOS?Experiencias recientes parecen demostrar que los factores de activacin del genoma existentes en el ovocito de los animales no son capaces de activar el genoma humano Si esto se confirmara no parece que fuera posible la produccin de cbridos entre humano y animal36

ES POSIBLE LA PRODUCCIN DE CBRIDOS? Robert Lanza de la Advanced Cell Technology ha demostrado que los hbridos entre humano y vaca o entre humano y ratn no se desarrollan ms all de embriones de 16 clulasCloning Stem Cells DOI:10.1089/clo.2009.0004;2009 37

HIBRIDACIN HOMBRE-ANIMALRIESGOS del uso de cibridos

El uso eventual de clulas troncales extradas de cbridos podra implicar riesgos aun desconocidos para la persona que las recibe por la presencia de material gentico animal procedente de sus mitocondrias Exponer conscientemente a un ser humano a este riesgo es ticamente inaceptable

38

CLULAS MADRE39

QUE SON LAS CLULAS MADRE?Las clulas madre, tambin denominadas clulas troncales, estaminales o en ingls clulas stem son clulas que tienen la capacidad, no solamente de poder cultivarse y reproducirse a si mismas, sino tambin de poder producir clulas adultas de diferente progenie, es decir de diferentes tejidosI.L. Weissman. New England Journal of Medicine 346; 1576-1583, 200240

TIPOS DE CLULAS MADREPueden ser: Por su potencialidad Totipotentes Pluripotentes Clulas Multipotentes Unipotentes Pueden dar lugar aCapaces de formar clulas de todos los linajes del organismo. En los mamferos solamente lo son el cigoto y los primeros blastmeros Capaces de formar clulas de todos los linajes del cuerpo, son las denominadas clulas madre embrionarias. Son las clulas madre adultas capaces de formar distintos tipos de clulas de un mismo linaje, como las clulas madre hematopoyticas Son clulas madre adultas que producen clulas de un solo linaje, como las clulas madre germinales, entre ellas las espermatogonias que generan el esperma

Por su origen

Clulas madre embrionarias Clulas madre de tejidos adultos

Textos de: R. Jaenisch y R. Young. Cell 132; 567-582, 2008

41

CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

42

DE DNDE SE PUEDEN OBTENER LAS CLULAS MADRE EMBRIONARIAS?

De embriones: Sobrantes de fecundacin in vitro Producidos por transferencia nuclear somtica (clonacin) Generados por partenognesis a partir de ovocitos animales o humanos43

FUNDAMENTO DE LA POLMICA TICA

Porque para obtenerlas hay que destruir ineludiblemente un embrin humano44

DESARROLLO EMBRIONARIO

// cigoto 2 clulas embriones de: 3 clulas blastocisto 4 clulas

ser humano adulto

45

POR QU LA UTILIZACIN DE CLULAS MADRE EMBRIONARIAS SUSCITA UNA POLMICA SOCIAL TAN VIVA?Porque su uso puede ser importante para diversos estudios biomdicos, especialmente para el mejor conocimiento de las primeras etapas del desarrollo del embrin humano Por sus hipotticas aplicaciones teraputicas de cara a la medicina regenerativa y reparadora Por los importantes problemas ticos que su utilizacin conlleva Incluso, por la posibilidad de rentabilizar econmicamente su uso

46

EXPERIENCIAS PRECLNICAS CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

47

EXPERIENCIAS PRECLNICAS CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS HUMANAS

En 2007 se demostr por primera vez que cardiomiocitos generados a partir de clulas madre embrionarias humanas podan mejorar la funcin cardiaca de corazones de rata infartados

M.A. Laflamme y col. Nature Biotechnology 25; 1015 1024, 2007

48

EXPERIENCIAS PRECLNICAS CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS HUMANAS En 2008 se comprob que a partir de clulas madre embrionarias se podan obtener clulas de msculo esqueltico y que cuando stas se transferan a ratones con distrofia muscular se lograba mejorar la funcin muscular sin que se produjeran teratomas Estas experiencias sugieren la posibilidad de aplicarlas en pacientes con distrofia muscular, particularmente en la distrofia muscular de DuchenneR Darabi y col. Nature Medicine 14; 134-143, 2008 49

COMPLETAR EXPERIENCIAS PRECLNICAS completar

50

ENSAYOS CLNICOS CON CLULAS MADRE51

ENSAYOS CLNICOS CON CLULAS MADRE 110.468 ensayos

174 pases 3.601 ensayos con clulas adultas 11 ensayos con clulas embrionarias humanasAcceso 6 octubre 201152

11 ENSAYOSEnsayo 1 (Recruiting) Safety and Tolerability of Sub-retinal Transplantation of hESC Derived SubRPE (MA09hRPE) Cells in Patients With Advanced Dry Age Related Macular Degeneration Condition: Dry Age Related Macular Degeneration Intervention: Biological: MA09MA09hRPE Cellular Therapy Ensayo 2 (Recruiting) The Derivation of Human Embryonic Stem Cell Lines From PGD Embryos Condition: Infertility Ensayo 3 (Recruiting) Derivation of New Human Embryonic Stem Cell Lines Lines for Clinical Use Condition: Infertility Ensayo 4 (Recruiting) Sub-retinal Transplantation of hESC Derived RPE(MA09-hRPE)Cells in SubRPE(MA09Patients With Stargardt's Macular Dystrophy Condition: Stargardt's Macular DystrophyI ntervention: Biological: MA09-hRPE Cellular therapy MA09Ensayo 5 (Not yet recruiting) Derivation of New Human Embryonic Stem Cell Lines: Identification of Instructive Factors for Germ Cells Development Condition: Normal Healthy Embryos Ensayo 6 (Active, not recruiting) Development of iPS From Donated Somatic Cells of Patients With Neurological Diseases Condition: Neurodegenerative Disorders

53

11 ENSAYOSEnsayo 7 (Recruiting) The Transendocardial Autologous Cells (hMSC or hBMC) in Ischemic Heart Failure Trial (TAC-HFT) Conditions: (TACStem Cell Transplantation; Ventricular Dysfunction, Left Interventions: Biological: Autologous human mesenchymal cells (hMSCs); Biological: Autologous human bone marrow cells (hBMCs); Biological: Placebo Ensayo 8 (Recruiting) The Percutaneous Stem Cell Injection Delivery Effects on Neomyogenesis Pilot Study (The POSEIDON-Pilot Study) Condition: POSEIDONStem Cell Transplantation Interventions: Biological: AutoAutohMSCs; Biological: Allo-hMSCs AlloEnsayo 9 (Recruiting) Stem Cell Educator Therapy in Type 1 Diabetes Condition: Type 1 Diabetes Intervention: Device: Stem Cell Educator Ensayo 10(Recruiting) Evaluation of Circulating Levels of Adult Stem Cells in the Peripheral Blood of Patients With Acute Decompensated Heart Failure and Following Stabilization, in Comparison With Healthy Volunteers Condition: Heart Failure Ensayo 11(Recruiting) Stem Cell Educator Therapy in Type 2 Diabetes Condition: Type 2 Diabetes Intervention: Device: Stem Cell Educator

Ensayo n

Fecha de inicio

Titulo del ensayo

Institucion

Situacion en la que se encuentra

Tipo de clulas utilizado

Objetivo del ensayo

Es un ensayo realizado con celulas madre embrionarias y fin terapeuticos?

1

Julio 2002

Derivacin de nuevas lneas de clulas madre embrionarias para uso clnico Obtencin de clulas madre de embriones humanos

Hadassah Medical Organization

En desarrollo

Clulas madre embrionarias

Obtencin de lneas celulares a partir de embriones humanos Obtencin de lneas celulares a partir de embriones humanos Reparar el miocardio lesionado Derivar clulas iPS de pacientes con enfermedades neurofsicas Evaluar los niveles circulantes de clulas madre adultas en pacientes cardacos

No

2

Abril 2004

Hadassah Medical Organization

En desarrollo

Clulas madre embrionarias

No

3

Agosto 2008

Uso de clulas madre adultas en el infarto de miocardio Obtencin de clulas iPS de pacientes con enfermedades neurolgicas Evaluacin del nmero de clulas madre adultas circulantes en pacientes cardiacos

University of Miami

En desarrollo

Clulas madre adultas autlogas clulas iPS

No

4

Abril 2009

Hadassah Medical Organization

En desarrollo

No

5

Diciembre 2009

Monash University

Reclutando pacientes

Clulas madre adultas

No

6

Marzo 2010

Evaluacin del efecto de clulas madre adultas en la miognesis

National Heart, Lung and Blood Institute

Reclutando pacientes

Clulas progenitoras

Valorar el efecto miognico de clulas madre adultas

No

7

Octubre 2010

Derivacin de nuevas lneas de clulas madre embrionarias Valoracin de las clulas madre adultas en la diabetes tipo I Evaluacin de la seguridad y tolerabilidad del uso de clulas madre embrionarias en pacientes con degeneracin macular Valorar el efecto de clulas madre embrionarias en la enfermedad de Statgadt Valoracin de las clulas madre adultas en la diabetes tipo I

Soroka University Medical Center University of Illinois

Todava no iniciado

Clulas madre embrionarias Sangre de cordn umbilical Clulas madre embrionarias

Estudiar los factores que contribuyen a su desarrollo Valoracin del efecto en pacientes con diabetes tipo I Valorar la seguridad y la tolerabilidad

No

8

Septiembre 2010

Reclutando pacientes

No

9

Abril 2011

Advanced Cell Technology

Reclutando pacientes

S

10

Abril 2011

Advanced Cell Technology

Reclutando pacientes

Clulas madre embrionarias

Tratamiento de la enfermedad de Statgardt Valoracin del efecto en pacientes con diabetes tipo I

S

11

Julio 2011

University of Illinois

Reclutado pacientes

Sangre de cordn umbilical

No

La revisin de Clinical Trials.gov solamente incluye dos ensayos con clulas madre embrionarias humanas con fin directamente teraputico Por otro lado no incluye otros dos ensayos clnicos realizados con clulas madre embrionarias humanas actualmente en desarrollo, como se evala posteriormente Por lo tanto dicha revisin parece errnea e incompleta57

LTIMOS ENSAYOS CLNICOS REALIZADOS CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

58

ENSAYOS CLNICOS PROPUESTOS PARA SU APROBACIN POR LA FDA NORTEAMERICANALa compaa Geron propuso realizar un ensayo clnico con clulas madre embrionarias para el tratamiento de lesiones de la mdula espinal Tambin Novocell ha propuesto generar clulas productoras de insulina a partir de clulas madre embrionarias Igualmente Mytogen quera desarrollar clulas epiteliales pigmentadas de retina para tratar a pacientes con degeneracin macularNature Biotechnology 26, 598-599, 200859

LA FDA DENIEGA LA AUTORIZACIN PARA REALIZAR ESTAS EXPERIENCIASLas tres propuestas fueron denegadas por la FDA norteamericana, objetando que antes de pasar a realizar en humanos los ensayos clnicos anteriormente referidos haba que cumplimentar rigurosos controles de seguridad y llevar a cabo las pertinentes experiencias en animales que a su juicio no se haban realizado.Nature Biotechnology 26, 598-599, 2008

Aunque Geron haba presentado un informe previo de 21.000 pginasNature 479; 272-273, 2011 60

ENSAYO CLNICO PROPUESTO POR GERONSin embargo, el 23 de enero de 2009 la propia FDA a propuesta de la firma Geron aprob la realizacin de un ensayo clnico de fase 1 con clulas madre embrionarias dirigido a tratar pacientes con lesin de mdula espinal El ensayo deba incluir 11 pacientes. En octubre de 2010 se introdujo el primer paciente Geron anunci a mediados de septiembre de este ao 2011 que ya se haba incluido en el ensayo el cuarto paciente Arlene WeintraubBoston Article 20-07-2011 aweintraub@xconomy.com 61 Nature Biotechnology 2009; 27: 213214

ENSAYO CLNICO PROPUESTO POR GERONProcedimiento tcnico

Antes del trasplante las clulas madre embrionarias deberan de diferenciarse a clulas progenitoras de oligodendrocitos que posteriormente evolucionaran hasta este tipo celular El objetivo de la tcnica es tratar de reponer la vaina de mielina de las fibras nerviosas62

ENSAYOS CLNICOS PROPUESTOS POR ADVANCED CELL TECHNOLOGYLa firma Advanced Cell Technology ha propuesto recientemente un segundo ensayo clnico utilizando clulas madre embrionarias para a tratar la distrofia macular de Stargardt, una enfermedad progresiva que afecta a los jvenes y que puede llegar a producir ceguera en la edad adulta y un tercero para tratar la degeneracin macular que puede desarrollarse en la edad avanzadaNature.com Posted by Elie Dolgin on September 22, 2011 63

PRIMER ENSAYO CLNICO CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS PROPUESTO POR ADVANCED CELL TECHNOLOGY REALIZADO FUERA DE ESTADOS UNIDOS

La misma firma Advanced Cell Technology ha propuesto el primer ensayo clnico con clulas madre embrionarias a realizar fuera de Estados Unidos, en el Moorfields Eye Hospital de Londres En l se pretende as mismo tratar 12 enfermos con distrofia macular de StargardtNature.com Spoonful of medicine Posted by Elie Dolgin on September 22, 2011

64

POSIBLES ENSAYOS FUTUROSEn el momento actual la misma firma norteamericana est en avanzadas conversaciones con las autoridades sanitarias de Francia, China y otros pases para iniciar nuevos ensayos con clulas madre embrionariasNature.com Spoonful of medicine Posted by Elie Dolgin on September 22, 2011

65

GERON SUSPENDE SU ENSAYO CLNICO CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

El 14 de noviembre de 2011 la firma californiana Geron, lder mundial en biotecnologa, anunci que interrumpa su ensayo clnico de fase I dirigido a tratar pacientes con lesin de mdula espinal traumtica recienteNature 479; 272-273, 2011

66

GERON SUSPENDE SU ENSAYO CLNICO CON CLULAS MADRE EMBRIONARIASRazones por las que ha abandonado su proyectoLa razn esgrimida por Geron para suprimir el ensayo clnico parece ser fundamentalmente debida a problemas econmicos al no haber encontrado nuevas fuentes de financiacin para su proyecto dado que sus acciones haban cado drsticamente en el ltimo ao En los tres primeros trimestres de 2011 haba perdido 65 millones de dlares

Suspender su ensayo cnico con clulas madre embrionarias supondr para Geron la prdida de 66 puestos de trabajo, el 38 % de su plantillaNature 479; 272-273, 201167

GERON SUSPENDE SU ENSAYO CLNICO CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

Sin embargo, la firma californiana juntamente al anuncio de suspensin de su ensayo clnico manifestaba que aunque el tratamiento parece ser que es seguro no han encontrado ninguna mejora en la funcin de la mdula espinal de los pacientes tratadosNature 479; 272-273, 201168

GERON SUSPENDE SU ENSAYO CLNICO CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

Por lo que no ser la dificultad econmica debida a no haberse obtenido los resultados terapeticos que la firma esperaba la causa ltima de la suspensin del ensayo clnico por ser muy arriesgado seguir invirtiendo en un proyecto cientfico de tan incierto resultado?69

GERON SUSPENDE SU ENSAYO CLNICO CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS Consecuencias ticasPero sea de una u otra forma lo cierto es que ha sido suspendido el primer ensayo clnico iniciado con clulas madre embrionarias lo que supone un fuerte contratiempo para este tipo de experiencias Pero adems, dado que para desarrollar este tipo de ensayos hay que destruir embriones humanos, desde un punto de vista tico nos parece una noticia muy positiva70

DIFICULTADES TCNICAS QUE PUEDE TENER EL USO DE LAS CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

El escaso nmero de experiencias clnicas con clulas madre embrionarias posiblemente se haya debido a la ineficiencia del proceso de clonacin, la falta de conocimiento de los mecanismos que regulan estos procesos, la necesidad de mantener terapia inmunosupresiva durante toda la vida, el riesgo de inducir el desarrollo de teratomas y finalmente por las dificultades ticas que su uso conlleva71

PRIMERAS EXPERIENCIAS CLNICAS DIFICULTADES TCNICAS QUE PUEDE TENER EL USO CONDE LAS CLULAS MADREEMBRIONARIAS CLULAS MADRE EMBRIONARIAS Con respecto a la produccin de teratomas importantes investigadores como James Thomson y John Gearhart, Gearhart, creen que existe una gran preocupacin entre muchos de nosotros ante la posibilidad de que algunos de los pacientes incluidos en el estudio puedan desarrollar tumores lo que podra ser un autntico desastreNature Biotechnology 2009; 27: 213-21472

PRIMERAS EXPERIENCIAS CLNICAS CON CLULAS MADRE EMBRIONARIAS En este sentido en febrero de 2009 un nio israel que padeca una ataxia telangiectasia y que haba recibido varios trasplantes de clulas madre neurales fetales desarroll teratomas en el cerebro y medula espinal cuatro aos despus de iniciado el tratamientoPLoS Med 6; e100002973

POSIBILIDADES DE OBTENER CLULAS SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS HUMANAS EN TEJIDOS ADULTOS

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POSIBILIDADES DE OBTENER CLULAS SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS HUMANAS EN TEJIDOS ADULTOS

Recientemente se han encontrado clulas madre similares a las embrionarias humanas en el lquido amnitico y en el cordn umbilical, pero nunca se haban detectado en un tejido adulto Ahora se acaba de describir la existencia de clulas madre similares a las embrionarias en la leche maternaNew Scientist 2839; 14, 201175

CELULAS MADRE SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS EN LA LECHE MATERNA Aproximadamente el 2% de las clulas existentes en la leche materna son clulas madre Cultivando estas clulas se ha comprobado que pueden convertirse en clulas seas, adipocitos, pancreticas y neuronales Adems estas clulas expresan la mayora de los marcadores de las clulas madre embrionariasNew Scientist 2839; 14, 201176

CELULAS MADRE SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS EN LA LECHE MATERNA

Las clulas madre de la leche materna podran tener un gran potencial teraputico dentro de la medicina regenerativa al poder tericamente ser aplicadas para la propia mujer si sta las requiriera en el futuro por alguna enfermedad degenerativaNew Scientist 2839; 14, 201177

CELULAS MADRE SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS EN LA LECHE MATERNA

El descubrimiento de las clulas madre embrionarias en la leche materna plantea la pregunta sobre si stas podrn jugar algn papel en el desarrollo de los nios amamantados habindose sugerido que podran contribuir a la regeneracin de tejidos, a su desarrollo o incluso a combatir alguna enfermedad degenerativa concretaNew Scientist 2839; 14, 201178

CLULAS MADRE DE TEJIDOS ADULTOS79

DE DONDE SE OBTIENEN LAS CLULAS MADRE DE TEJIDOS ADULTOS?Diferentes tejidos adultos Cordn umbilical Placenta Fetos abortados Teratocarcinomas o carcinomas embrionarios, especialmente de tumores testiculares

80

MECANISMOS POR LOS CUALES EJERCEN SU FUNCIN LAS CLULAS MADRE ADULTASFusionndose con las clulas del rgano lesionado Diferencindose a clulas especficas de ese rgano Favoreciendo la vasculognesis a partir de clulas progenitoras endoteliales contenidas en el material celular o de clulas mononucleares de la mdula sea Ejerciendo acciones paracrinas por liberacin de factores de crecimiento, protenas angiognicas, factores trficos o factores moduladores del sistema inmunolgico Remodelando fsicamente la arquitectura tridimensional del rgano afectadoEstos mecanismos in vivo no parecen relevantes

81

EXPERIENCIAS CLNICAS CON CLULAS MADRE ADULTAS

82

EXPECTATIVAS CLNICAS DERIVADAS DEL USO DE CLULAS MADRE DE TEJIDOS ADULTOS

Seguramente no hay un precedente as en la ciencia actualJ. Martin. The Lancet 365; 2070-2071, 200583

CLULAS MADRE ADULTAS BREVE RESUMEN HISTRICOEn 1992, se publicaron las primeras experiencias demostrando que las clulas madre de tejidos adultos se podan diferenciar en clulas de su mismo tejido celular, es decir, se comprob que mostraban ms plasticidad de lo que hasta ese momento se creaProc Natl Acad Sci 89; 850, 1992 Science 255; 1717, 199284

CLULAS MADRE ADULTAS BREVE RESUMEN HISTRICO En 1996 se confirm su plasticidad y se demostr que podan transformarse en clulas multipotentesProc Natl Acad Sci 94; 4080, 199785

CLULAS MADRE ADULTAS BREVE RESUMEN HISTRICO

En 2001 se pudo observar por el equipo de Catherine Verfaille que las clulas madre mesenquimales de mdula sea se podan transformar en clulas de corazn, hueso, cartlago, grasa y endotelioReyes y col Blood 98; 2615, 200186

CLULAS MADRE ADULTAS BREVE RESUMEN HISTRICO Al ao siguiente se comprob por primera vez que las clulas cardiacas lesionadas podan regenerarse as mismas Hasta esa fecha se crea que esto solamente podan hacerlo las clulas madre de mdula sea, hgado o intestinoN Engl J Med 346; 5, 200287

CLULAS MADRE ADULTAS BREVE RESUMEN HISTRICO Junto a estas experiencias, otras muchas, han confirmado la posibilidad de obtener clulas de distintos tejidos a partir de clulas madre del propio tejido o de otro diferente88

USO CLNICO DE LAS CLULAS MADRE ADULTASTodo lo anterior sugiri que las clulas madre de tejido adulto podran ser utilizadas en la medicina regenerativa y reparadora89

ENSAYOS CLNICOS CON CLULAS MADRE ADULTAS90

ENSAYOS CLNICOS REALIZADOSENSAYOS CLNICOS CON CLULAS MADRE ADULTAS APROBADOS POR LA FDAEn enero de 2007 ya haba 1238 ensayos clnicos aprobados por la Food and Drug Administration norteamericana utilizando clulas madre de tejidos adultos De ellos, ms de 250 en infarto de miocardio, 24 en linfoma de tipo no-Hodgkin y 5 en tumores testicularesA. D. Prentice y G. Tarne Science 315; 328,200791

ENSAYOS CLNICOS CON CLULAS MADREEn octubre de 2011 haba en desarrollo 110.468 ensayos clnicos en 174 pases 3.601 con clulas madre adultas 11 con clulas madre embrionarias humanasClinical Triasl.gov. Acceso 6 octubre 201192

APLICACIONES CLNICAS DE LAS CLULAS MADRE ADULTASEn un interesante artculo de febrero de 2008 se revisan los estudios realizados entre enero de 1997 y diciembre de 2007 sobre la utilizacin de las clulas madre de tejidos adultos con fines teraputicosFUENTES: MEDLINE, EMBASE, Science Citatim Index, pagmes web FDA y de INS de Estados UnidosR.K. Burt y col. JAMA 299; 925-936, 200893

ENSAYOS CLNICOS CON CLULAS MADRE ADULTAS

94 Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008

TERAPIA CELULAR DE LA ENFERMEDAD CORONARIA

95

TERAPIA CELULAR EN LA ENFERMEDAD CORONARIAAunque la terapia celular en pacientes con infarto de miocardio se inici hace ms de una dcadaNat Med 4; 929-933, 1998

no se ha desarrollado con amplitud hasta estos ltimos aos. En el momento actual en el mundo hay ms de 1500 pacientes incluidos en ensayos clnicos dirigidos a tratar enfermedades cardiovasculares con clulas madre adultasCirculation 121; 325-335, 201096

TERAPIA CELULAR EN LA ENFERMEDAD CORONARIAPRINCIPALES PATOLOGAS TRATADAS

Infarto agudo de miocardio Fallo isqumico cardiaco Enfermedad isqumica miocrdica crnica97

TERAPIA CELULAR EN EL INFARTO DE MIOCARDIORevisin de los ensayos clnicos realizados en el infarto de miocardio agudo entre enero de 1997 y diciembre de 2007 que incluyen treinta o ms pacientesBurt, R. K. et al. JAMA 299; 925-936,200898

Clinical Trials of Stem Cell Therapy for Acute Myocardial Infarction With >=30 Patients

99 Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS CLNICOS REALIZADOS EN PACIENTES CON INFARTO DE MIOCARDIO AGUDO MEJORA DE LA FUNCIN VENTRICULAR IZQUIERDA

Se observa un modesto beneficio de la fraccin de eyeccin ventricular izquierda prcticamente en todos los ensayos En los interensayos es de 86 % y en los intraensayos del 24 %Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008100

RESULTADOS DE LOS EN ENFERMEDAD ENSAYOS CLNICOSENSAYOS CLNICOS REALIZADOS EN PACIENTES CON INFARTO DE ISQUMICA CORONARIA CRNICA MIOCARDIO AGUDO VALORACIN GLOBAL

Aumento de la perfusin regional Mejora de la contractibilidad cardiaca Modesto aumento de la fraccin de eyeccin ventricular izquierda Reduccin del dolor anginoso No se producen efectos secundarios negativos 101Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008

TERAPIA CELULAR EN EL INFARTO DE MIOCARDIO AGUDOENSAYOS MS RECIENTES

Revisin de los ensayos clnicos randomizados con pacientes de infarto agudo de miocardio realizados entre 2000 y 2009

102

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS CLNICOS TERAPIA CELULAR EN ELINFARTO DEor REALIZADOS EN PACIENTES CON INFARTO Table 1 Randomized trials in patients with acute myocardial infarction ischemic MIOCARDIO failure AGUDO DE heart AGUDO MIOCARDIO

Tabla 1 art..

Wollert, K. C. & Drexler, H. (2010) Cell therapy for the treatment of coronary heart disease: a critical appraisal Nat. Rev. Cardiol. doi:10.1038/nrcardio.2010.1

103

ENSAYOS EN LOS QUE HUBO UNA MEJORA DE LA FRACCIN DE EYECCIN GLOBALMEJORA DE LA FRACCIN DE EYECCIN CONSEGUIDA TRAS VARIOS MESES DESPUS DE LA TRASFERENCIA CELULAR

BOOTS: mejora del 6% a los 3 mesesAm J Physiol Cell Physiol 287; C572-C579, 2004

REPAIR-AMI: mejora del 2,5% a los 3 mesesDifferenciation 76; 772-783, 2008

FINCELL: mejora del 5% a los 6 mesesMod Pathol 21; 837-847, 2008

REGENT: mejora del 3% a los 6 meses 23N Eng J Med 355; 1222-1232, 2006

104

ENSAYOS EN LOS QUE NO HUBO MEJORA EN LA FRACCIN DE EYECCIN Leuven AMI: no se detect mejora a los 4 mesesJ Mol Cell Cardiol 45; 530-544, 2008

ASTAMI: no se detect mejora a los 6 A 12 mesesProc Natl Acad Sci USA 97; 3422-3427, 2000

HEBE: no se detect mejora a los 4 mesesCirculation 109; 2692-2697, 2004

105

TERAPIA CELULAR EN EL FALLO ISQUMICO CARDIACOTOPCARE. TOPCARE Se introdujeron 75 pacientes. Se utilizaron clulas mononucleadas de mdula sea. Tres meses despus de administrarse la terapia celular se comprobaron mejoras funcionales objetivas sin efectos adversosN Engl J Med 355; 1222-1232, 2006

MAGIC. MAGIC. Fue el primer estudio randomizado que inclua grupo placebo. En l se incluyeron 97 pacientes. Se utilizaron clulas autlogas de musculo esqueltico. A los 6 meses no se obtuvieron mejoras funcionales.Circulation 117; 1189-1200, 2008 106

TERAPIA CELULAR EN LA ENFERMEDAD ISQUMICA CARDIACA CRNICATRES ENSAYOS REALIZADOS En el primero se incluyen 24 pacientes a los que se administraron clulas CD 34+ obtenidas de sangre perifrica. No se evidenci reduccin del Circulation 115; 3165-3172, 2007 tamao del infarto de miocardio El segundo el denominado proyecto PROTECT-CAD se incluyeron 28 pacientes a los que se administraron clulas mononucleadas de mdula sea. Obtenindose resultados moderadamente favorablesEur Heart J 28; 2998-3005, 2007

En el tercer estudio se incluyeron 50 pacientes a los que tambin se les transfundieron clulas mononucleadas de mdula sea, pero a una concentracin cinco veces superior al estudio PROTECT obtenindose a los tres meses objetivas mejora de la funcin del ventrculo izquierdoJAMA 301; 1997-2004, 2009

De cara a futuros tratamientos parece que habra que plantearse el trasfundir mayor nmero de clulas107

ENSAYOS CLNICOS EN DESARROLLO EN EFERMEDAD ISQUMICA CORONARIA108

Table 2 Ongoing cell therapy trials in patients with coronary heart disease

Wollert, K. C. & Drexler, H. (2010) Cell therapy for the treatment of coronary heart disease: a critical appraisal Nat. Rev. Cardiol. doi:10.1038/nrcardio.2010.1

109

ENSAYOS CLNICOS EN MARCHASe recogen 20 estudios en sndrome coronario agudo sin elevacin ST (1), infarto agudo de miocardio (7) y fallo isqumico cardaco (12)Nature Reviews Cardiology 7; 204-215, 2010

110

TERAPIA CELULAR EN LA ENFERMEDAD CORONARIARESUMEN

Los ensayos clnicos hasta ahora realizados para tratar la enfermedad isqumica cardiaca con clulas cardiacas muestran resultados modestos en la mayora de los trabajos pero no en todosCirculation 121; 325-335, 2010

111

TERAPIA CELULAR EN LA ENFERMEDAD CORONARIACOMENTARIO FINAL

Los ensayos clnicos muestran que la terapia celular del infarto de miocardio con clulas madre de mdula sea muestran que en la mayora de los casos mejoran la perfusin miocrdica y la contractilidad muscular en pacientes con infarto de miocardio agudo, fallo cardiaco e isquemia cardiaca crnica, lo que condiciona una mejora de la fraccin de eyeccin global El que los resultados clnicos no sean uniformes probablemente sea debido a la falta de estandarizacin y optimizacin de las clulas utilizadas y de los protocolos usados El uso de nuevas fuentes de clulas madre pluripotenciales y su diferenciacin en clulas cardiacas maduras puede contribuir ms positivamente a la regeneracin del tejido cardiaco infartado112

TERAPIA CELULAR EN EL INFARTO DE MIOCARDIOCONCLUSIN

Estos resultados experimentales unidos a los ensayos clnicos ya concluidos y a los que todava estn en desarrollo hacen prever que la terapia celular en infarto de miocardio podra empezar a utilizarse en la clnica mdica habitualmente en la prxima dcadaJ Am Col Cardiol 57; 466-468, 2011113

TERAPIA CELULAR DE LA ENFERMEDAD ISQUMICA ARTERIAL PERIFRICA114

TERAPIA CELULAR DE LA ENFERMEDAD ISQUMICA ARTERIAL PERIFRICAOBJETIVOS

Restaurar la estructura vascular Restaurar la funcin Revertir la senectud de las clulas Favorecer el desarrollo de nuevos vasos

115

TERAPIA CELULAR DE LA ENFERMEDAD ISQUMICA ARTERIAL PERIFRICA

En los primeros cuatro estudios piloto no controlados realizados en pacientes con claudicacin vascular perifrica tras la trasferencia celular se pudo comprobar pequeas mejoras circulatoriasVascular Medicine 13; 157-172, 2008 Circulation 109; 1215-1218, 2004 Proc Natl Acad Sci USA 102; 17202-17206, 2005 Circ J 70; 1093-1098, 2006

116

TERAPIA CELULAR DE LA ENFERMEDAD ISQUMICA ARTERIAL PERIFRICA

En este tipo de pacientes solamente se ha realizado un estudio controlado, el TACT, observndose tras el trasplante celular mejoras de la presin de oxgeno transcutnea, disminucin del dolor en reposo y aumento de la distancia a recorrer sin dolorLancet 360; 427-435, 2002

117

TERAPIA CELULAR DE LA ENFERMEDAD ISQUMICA ARTERIAL PERIFRICAEnsayos en desarrollo

En el momento actual hay varios ensayos de fase II dirigidos a evaluar la seguridad y eficacia de la terapia celular en la enfermedad vascular isqumica perifricaCirculation 122; 517-526, 2010

118

TERAPIA CELULAR DE LA ENFERMEDAD ISQUMICA ARTERIAL PERIFRICACONCLUSIONES

La terapia celular en la enfermedad arterial isqumica perifrica puede ser potencialmente til pero queda todava mucho camino por recorrer antes de poder utilizarla en la clnica mdica Dentro de las nuevas posibilidades teraputicas la ms prometedora parece ser el uso de las clulas adultas reprogramadas (iPS)Circulation 122; 517-526, 2010119

TERAPIA CELULAR EN ENFERMEDADES AUTOINMUNES

120

TERAPIA CELULAR EN ENFERMEDADES AUTOINMUNES La terapia celular en enfermedades autoinmunes se empez a utilizar hace ms de 13 aosLancet 349; 254, 1997

En la base de datos PROMISE se indica que en el momento actual estn siendo tratados ms de 1000 pacientes de 172 instituciones y 27 pasesHaematologica 95; 284-282, 2010121

TERAPIA CELULAR EN ENFERMEDADES AUTOINMUNESEnfermedades tratadas

Esclerosis mltiple Esclerosis sistmica Artritis reumatoide Lupus sistmico eritrematoso Artritis ideopatica juvenil Citopenia autoinmuneHematologica 95; 185-188, 2010122

TERAPIA CELULAR EN ENFERMEDADES AUTOINMUNESRESULTADOS GLOBALES

La supervivencia libre de recadas a los cinco aos de tratamiento ha sido del 85 % y la progresin libre de mejoras estables de enfermedad en el 43% La mortalidad asociada al tratamiento no excede el 5% y aun es menor cuando la terapia se aplica en centros especializadosHaematologica 95; 185-188, 2010123

TERAPIA CELULAR EN ENFERMEDADES AUTOINMUNESEstudios prospectivos

124

TERAPIA CELULAR DE LA ESCLEROSIS SISTMICACASOS CLNICOS

Nevskaya et col encuentran una mejora en la cicatrizacinRheumatology (Oxford) 48; 61-64, 2009

Ishigatsubo y col encuentran una reduccin en el nmero y tamao de las lceras y una neovascularizacin de la base de las uas tras la administracin de clulas mononucleares de la mdula sea autlogasMod Rheumatol 20; 263-272, 2010

Guiducci et col utilizando clulas mesenquimales autlogas encuentran una reduccin del rea necrtica despus del primer trasplante celular. Despus del tercero una revascularizacin de las extremidadesAnnals Internal Medicine 153; 650-654, 2010125

TERAPIA CELULAR EN EL REA NEUROLGICA

126

USO DE CLULAS MADRE ADULTAS EN EL REA NEUROLGICASe han realizado numerosos ensayos clnicos para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, esclerosis lateral amniotrfica, Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas, aunque no se han conseguido verdaderos beneficios para estos pacientes Tambin en casos de stroke existe abundante experiencia preclnica, as como en lesiones de mdula espinal

The Journal of Clinical Investigation 2010; 120: 29-40127

USO DE CLULAS MADRE ADULTAS EN EL REA NEUROLGICAEn cuanto a las perspectivas futuras parece que los estudios orientados a la remielinizacin de la mdula espinal lesionada empezarn pronto y que clulas productoras de dopamina se podran utilizar en potentes en Parkinson en cinco aos. Sin embargo, el tratamiento de pacientes con esclerosis lateral amniotrfica parecen ms distantes, y aun ms para pacientes de Alzheimer que aun estn ms lejanosThe Journal of Clinical Investigation 120; 29-40, 2010128

USO DE CLULAS MADRE ADULTAS EN EL REA NEUROLGICAEn general parece que hay un amplio consenso que para aplicar las clulas madre adultas para el tratamiento de enfermedades neurolgicas degenerativas y traumticas se requiere mucho ms investigacin bsica para conocer los mecanismos biolgicos que regulan la proliferacin, migracin, diferenciacin, supervivencia y funcin de las clulas madre y de sus derivados, para que siendo bien conocidos puedan ser bien controladosThe Journal of Clinical Investigation 120; 29-40, 2010129

PRIMER ENSAYO CLNICO PARA TRATAR PACIENTES CON INFARTO CEREBRALSe ha puesto en marcha el primer ensayo piloto para evaluar la terapia celular en pacientes con un infarto cerebral. El ensayo se realiza conjuntamente entre la Universidad de Glasgow y la firma ReNeuron Group. Se piensa incluir 11 pacientes que hayan sufrido el accidente cerebral entre 6 y 24 meses antes Fue aprobado por la Medicine and Healthcare Products Regulatory Agency en enero de 2009 Se utilizarn clulas madre derivadas de cerebros de fetos de entre 16 y 20 semanas Los pacientes sern controlados durante dos aos En noviembre de 2010 se comunic la inclusin del primer paciente British Medical Journal 341; c5724, 2010 130

ENSAYO CLNICO PARA TRATAR LA ENFERMEDAD DE BATTEN

La compaa ReNeurons tiene en desarrollo un ensayo clnico en fase I para evaluar el efecto de clulas adultas de fetos humanos para tratar en la lipofuscinosis cerea neuronal infantil o tambin denominada enfermedad de BattenNature Biotechnology 29; 95, 2011131

ENSAYO CLINICO PARA TRATAR LA ESCLEROSIS AMIOTRFICA LATERAL

Ensayo clnico de fase I promovido por la firma Neuralstem utilizando lneas celulares neurolgicas obtenidas de espina medular humana dirigido a tratar la esclerosis amiotrfica lateralNature Biotechnology 29; 96, 2011

132

LESIONES CRNICAS DE LA MDULA ESPINAL

Ensayo clnico de fase I promovido por Stem Cells utilizando clulas madre de tejido fetal para tratar pacientes con lesiones crnicas de la mdula espinal Se piensa incluir el primer paciente a principios de 2011Nature Biotechnology 29; 96, 2011133

TRATAMIENTO DE LA ESCLEROSIS MLTIPLE Ensayo clnico de fase I-II en el que se han incluido 35 pacientes con esclerosis mltiple agresiva para ser tratados con clulas de mdula sea y seguidos durante un periodo de 2 a 15 aos (media 11 aos) Se concluye que este tipo de terapia no parece til para la poblacin general de pacientes con esclerosis mltiple pero s podra ser para los casos agresivosNeurology 76; 1066-1070, 2011134

OTRAS ENFERMEDADES

135

UTILIZACIN CLNICA DE CLULAS MADRE DE MUSCULO ESQUELTICODISTROFIA MUSCULAR

Problemas tcnicos Las clulas madre no se distribuyen uniformente por todos los msculos afectados Se han descrito reacciones inmunolgicas adversas Se ha constatado la muerte rpida de las clulas inyectadasJournal of Clinical Investigation 120; 11-19, 2010136

TERAPIA CELULAR EN OTRAS PATOLOGASEPIDERMOLISIS BULLOSA DISTRFICA

Entre octubre de 2007 y agosto de 2009 se han tratado 7 nios con esta enfermedad por medio de trasplante celular alognicoNew England Journal of Medicine 363; 629-639, 2010

137

TERAPIA CELULAR EN OTRAS PATOLOGASEPIDERMOLISIS BULLOSA DISTRFICA

Es una enfermedad recesiva e incurable en el momento actual que se caracteriza por erosiones dolorosos en las membranas, mucosa y en la piel que incluso producen mutilaciones y que se acompaan de infecciones sistmicas contracturas articulares, fusin de dedos y pies y desarrollo de procesos cancerososNew England Journal of Medicine 363; 629-639, 2010138

TERAPIA CELULAR EN OTRAS PATOLOGASEPIDERMOLISIS BULLOSA DISTRFICA RESULTADOS

Uno de los nios muri por una cardiomiopata antes del trasplante. De los 6 restantes uno mostr una severa toxicidad cutnea En 5 de los 6 nios se not un incremento ene l gen codificante del colgeno 5 nios sobrevivieron 130 a 176 das tras el trasplante y uno muri a los 186 das como consecuencia del rechazo del trasplante y una infeccin Finalmente se necesitan nuevos estudios para evaluar los riesgos y beneficios de esta terapiaNew England Journal of Medicine 363; 629-639, 2010139

TERAPIA CELULAR EN OTRAS PATOLOGASEPIDERMOLISIS BULLOSA DISTRFICA RESUMEN

Estos estudios muestran que la infusin de clulas madre de mdula sea alognicas puede inducir un incremento del gen que codifica el colgeno de tipo 7 y reducir la produccin de ampollas en la piel en los pacientes afectados severamente por esta enfermedad A pesar de los beneficios clnicos obtenidos existe un alto riesgo de efectos secundarios negativos que podran acortar la supervivencia de estos pacientes, especialmente los ms graves

140

POSIBLE ALTERNATIVA AL TRANSPLANTE DE RGANOS

141

TRABAJOS EXPERIMENTALES EN ANIMALES

142

PRODUCCIN DE UN CORAZN BIOARTIFICIAL El equipo de Doris A Taylor, de la Universidad de Minessota, ha conseguido por primera vez crear un corazn bioartificialHC Ott. Nature Medicine 14; 213-221, 2008143

PRODUCCIN DE UN CORAZN BIOARTIFICIALMETDICA PARA OBTENERLODescelularizacin de corazones de cadver de rata por perfusin con detergentes Mantenimiento de la matriz extracelular, con conservacin de una estructura espacial cardiaca acelular Reperfusin con clulas cardiacas neonatales o clulas endoteliales articas de rata Cultivo de estas estructuras recelularizadas en un medio similar al que se utiliza para el mantenimiento de rganos Mantenimiento de la perfusin durante 28 dasHC Ott. Nature Medicine 14; 213-221, 2008144

PRODUCCIN DE UN CORAZN BIOARTIFICIALRESULTADOS

A los 4 das de finalizar la reperfusin celular la estructura cardiaca generada empez a contraerse A los 8 das adquiri la funcin de bomba cardiacaHC Ott. Nature Medicine 14; 213-221, 2008145

PRODUCCIN DE UN PULMN ARTIFICIAL EN RATASEl pasado 24 de junio de 2010 se public online en la revista Science, que un equipo de la Universidad de Yale haba conseguido generar un pulmn bioartificial en ratas El procedimiento tcnico utilizado fue similar al desarrollado por Doris Taylor Cuando el pulmn se haba regenerado fue trasplantado a otras ratas, funcionando entre 45 y 120 minutos, intercambiando oxgeno y dixido de carbono de forma similar a como hacen los pulmones naturalesScience 329; 538, 2010146

PRODUCCIN DE UN PULMN ARTIFICIAL EN RATASEn agosto de este mismo ao, otro equipo dirigido por Joseph Vacanti, del hospital General de Massachussets, ha conseguido tambin producir un pulmn bioartificial, igualmente en ratas El mtodo utilizado ha sido tambin el descrito por Doris Taylor

Nature Medicine 16; 927-933, 2010 147

GENERACIN DE UN PNCREAS ARTIFICIAL EN RATASClulas madre pluripotenciales de ratas se transfirieron a blastocistos de ratn que padecan una afeccin pancretica congnita que condicionaba que estos animales tuvieran el adecuado nicho pancretico, consiguiendo regenerar en ellos un nuevo pncreas derivado de las clulas pluripotencialesCell 142; 787-799, 2010148

CREACIN DE UN OVARIO BIOARTIFICIALUn equipo de la Universidad Brown de Rhode Island, ha logrado producir in vitro un ovario bioartificial del cual se han podido derivar ovocitos maduros El sustrato sobre el que se desarroll el ovario era un molde de agarosa a partir del cual se construy una estructura tridimensional, recubrindola con clulas de teca obtenidas de donantes, que posteriormente fueron recubiertas por clulas de granulosa tambin de donantes De este rgano bioartificial se extrajeron ovocitos que maduraron adecuadamenteJ Assist Reprod Genet DOI 10.1007/S10815-010-9468-6149

CONSTRUCCIN DE VLVULAS CARDACAS EXPERIMENTALES EN PERROSSobre una estructura de varillas artificiales tridimensional que fueron recubiertas con tejido conectivo autlogo, se pudieron construir vlvulas artificiales del sinus de Vasalva, vlvulas, que tras remover las varillas, funcionaron como vlvulas normales Las vlvulas bioartificiales se implantaron en las venas pulmonares sustituyendo a las vlvulas lesionadas, funcionando adecuadamente Es la primera vez que se construyen biovlvulas autlogas, que implantadas en un sabueso funcionan como las nativas 150

PRODUCCIN DE RGANOS BIOARTIFICIALES EN HUMANOS151

PRODUCCIN DE UNA TRQUEA ARTIFICIALEn diciembre de 2008, se public la construccin del primer rgano humano producido por bioingeniera Se trataba de una trquea artificial construida con clulas madre de una enferma de treinta aos, con lesiones traqueales irreversibles, utilizando la matriz de una trquea donada y descelularizada utilizando un sistema similar al de Doris Taylor Las clulas madre utilizadas para la reconstruccin de la trquea fueron clulas epiteliales y clulas madre mesenquimales derivadas de condrocitos de la paciente A los cuatro meses del trasplante la trquea transferida tena caractersticas funcionales normalesThe Lancet 372; 2023-2030, 2008 152

PRODUCCIN DE UNA TRQUEA ARTIFICIAL EN HUMANOSSe trata de un nio britnico que naci con una estenosis congnita de trquea que le impeda respirar normalmente Se le trasplant una trquea creada bioartificalmente utilizando la de un cadver, que fue descelularizada y recelularizada utilizando la metodologa propuesta por Doris Taylor Las clulas madre utilizadas procedan de la mdula sea del propio paciente153 British Medical Journal 340; 672, 2010

DESARROLLO DE UN LABORATORIO PARA CREAR RGANOS BIOARTIFICIALESEn el Hospital Gregorio Maran de Madrid se ha creado el primer laboratorio del mundo dirigido por el doctor Fernndez Avils destinado a la creacin de rganos bioartificiales con clulas madre humanas. En este laboratorio se ha conseguido ya descelularizar nueve corazones humanos donados El mtodo utilizado ha sido el de Doris Taylor154

ALTERNATIVAS PARA LA OBTENCIN DE CLULAS MADRE DE TIPO EMBRIONARIO CONSIDERACIONES BIOLGICAS Y TICAS155

ALTERNATIVAS AL USO DE CLULAS MADRE EMBRIONARIASPara obtener clulas madre embrionarias hay que destruir al embrin del cual se obtienen, lo que indudablemente supone un importante problema tico Por ello, hace unos aos se plante el reto de obtener clulas madre similares a las embrionarias humanas por procedimientos que no requirieran la destruccin de embriones

Best Practical Research Clinical Obstetrics and Gynecology 18; 929-940, 2004

156

ALTERNATIVAS AL USO DE CLULAS MADRE EMBRIONARIAS

Esta inquietud fue recogida por el Consejo Asesor de Biotica del presidente de Estados Unidos, que en 2005 propuso cuatro posibles alternativasWhite Paper Alternate Sources of Human Pluripotent Stem Cells. Washington DC. Presidents Councel on Bioethics. 2005 157

ALTERNATIVAS AL USO DE CLULAS MADRE EMBRIONARIAS1. Embriones en fase de utilizacin muy temprana de desarrollo 2. Estructuras biolgicas no embrionarias generadas por transferencia nuclear somtica alterada (ATN) 3. Estructuras biolgicas obtenidas por transferencia nuclear somtica alterada (ATN) con reprogramacin asistida del ovocito (OAR) 4. De pseudoembriones158

ALTERNATIVAS AL USO DE CLULAS MADRE EMBRIONARIASPosteriormente estas cuatro propuestas se ampliaron a ocho:

5. De clulas madre germinales 6. De ovocitos activados por partenognesis 7. Por fusin de ncleos de clulas somticas adultas con clulas madre embrionarias 8. Por reprogramacin de clulas somticas adultas159

DE ESTAS POSIBILIDADES LA MS VENTAJOSA, TANTO DESDE UN PUNTO DE VISTA TCNICO COMO TICO, ES LA REPROGRAMACIN DE CLULAS SOMTICAS ADULTAS160

OBTENCIN DE CLULAS MADRE SIMILARES A LAS CLULAS MADRE EMBRIONARIAS POR REPROGRAMACIN DIRECTA DE CLULAS ADULTAS161

OBTENCIN DE CLULAS MADRE SIMILARESA LAS CLULAS MADRE EMBRIONARIAS POR REPROGRAMACIN DIRECTA DE CLULAS ADULTASREPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTASClula adulta REPROGRAMACIN Clula pluripotente Clulas de todo tipo de tejidos

Clula totipotente

Embrin162

CLULAS MADRE. PASADO Y FUTUROPASADO FUTURO

James Thomson 1998Cultivan por primera vez clulas madre embrionarias humanas

Shinya Yamanaka 2006Obtienen clulas similares a las embrionarias por reprogramacin de clulas adultas. Nacen las clulas iPS

2007 Obtienen clulas iPS humanas

163

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS ANIMALESCLULAS ADULTASGenes codificadores de protenas de transcripcin

Protenas de transcripcin

Genes reprogramadores

CLULAS SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS (CLULAS iPS)

CLULAS DE TODO TIPO DE TEJIDOS

K. Takahashi y S. Yamanaka. Cell 126; 652-655, 2006164

REPROGRAMACIN DE CLULAS SOMTICAS A UN ESTADO PLURIPOTENTEClula somtica Oct4 Sox2 c-Myc Klf4 Proceso de reprogramacin Clula pluripotente

Fbx15Reprogramada parcialmente

Oct4

Nanog

Reprogramada totalmente

No expresan Oct4 y Nanog endgenos No generan chimeras Producen teratomas

Expresan Oct4 y Nanog endgenos Modificado de: R. Jaenisch y R. Young Cell 165 132; 567-582, 2008

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS ANIMALESEstos resultados fueron ampliados y confirmados en un trabajo posterior del grupo de Yamanaka Adems, si las clulas iPS se inyectaban en blastocistos murinos se conseguan quimeras adultas de ratones que eran capaces de transmitir sus caractersticas genticas a la siguiente generacin

K. Okita y col. Nature 448; 313-317, 2007

166

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS ANIMALES Confirman las experiencias realizadas en animales por Takahashi y YamanakaM. Wernig y col. Nature; 318-324, 2007

Confirman las anteriores experiencias y adems consiguen producir quimeras que si son inyectadas en blastocistos murinos pueden generar embriones vivosN. Maherali y col. Cell Stem Cell 1; 55-70, 2007167

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANAS

Pero el paso de las experiencias animales a humanos no pareca fcil As, Janet Rossant se preguntaba: Sern eficientes los mismos mgicos factores moleculares para generar clulas iPS humanas? Diversos grupos estn intentndolo, pero trasladar estas pruebas a humanos tiene muchas dificultadesJ. Rossant. Nature 448; 260-262, 2007168

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANAS

EXPERIENCIAS DE LOS GRUPOS DE SHINYA YAMANAKA Y JAMES THOMSON169

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANAS

Thomson pensaba que la posibilidad de reprogramar clulas adultas humanas tardara al menos 20 aosCitado por: B Goldman Nature Reports Stem Cells DOI: 10.1038/stemcells.2008.67

170

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANASSin embargo, en noviembre de 2007, 16 meses despus de la publicacin de las experiencias de reprogramacin celular en animales llevadas a cabo por Takahasi y Yamanaka, se consigue, por el propio grupo de Yamanaka y tambin el de Thomson, la reprogramacin de clulas adultas humanas Contrasta esta rapidez con los 17 aos que transcurrieron desde que se obtuvieron clulas 1 madre embrionarias de ratones hasta que se 2 consigui lo mismo en humanos1. M Evans y col Nature 292; 154-156, 1981 2. JR Martin PNAS 78; 763-7638, 1981 3. JA Thomson y col Science 282; 1145-1147, 1998

171

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANAS Por ello, cuando se logr la reprogramacin de clulas adultas humanas: Nosotros no podamos creer que la reprogramacin fuera tan fcilCitado por: B Goldman Nature Reports Stem Cells DOI: 10.1038/stemcells.2008.67 172

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANASCLULAS DE PIEL HUMANAGENES REPROGRAMADORES

CLULAS iPS

CLULAS DE TODO TIPO DE TEJIDOSJ. Yu y col. (grupo Thomson). Science 318; 1917-1920, 2007 K. Takahashi y col. (grupo Yamanaka). Cell 131; 861-872, 2007 173

GENES REPROGRAMADORES

Cuntos genes se requieren para obtener las clulas iPS?

174

GENES REPROGRAMADORES

Takahasi y Yamanaka partieron de 24 genes reprogramadoresCell 126; 663-676, 2006

175

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANASTakahashi y col. (grupo Yamanaka): Genes reprogramados: Oct , Sox2, c-Myc y Klf4 Medio para transferirlos: retrovirus Fuente de clulas adultas: prepucio de recin nacido Yu y col. (grupo Thomson): Genes reprogramados: Oct , Sox2, Lin 28 y Nanong Medio para transferirlos: lentivirus Fuente de clulas adultas: fibroblastos fetales y neonatales

176

GENES REPROGRAMADORESEl Oct4 es altamente especfico para las clulas pluripotentes Los otros tres factores se expresan en otras clulas: Sox2 en clulas madre neurales y clulas progenitoras Klf4 en clulas de piel, estmago, intestino y msculo esqueltico c-Myc se expresa aleatoriamente El nico gen que parece no puede ser reemplazado para la reprogramacin es el Oct4

Nakagawa et al (Yamanaka) 177 Nature Biotechnology 26; 101-106, 2008

GENES REPROGRAMADORESEn efecto, Kim et al han demostrado que se pueden conseguir clulas iPS reprogramando clulas madre neurales utilizando como factor de trascripcin nicamente el Oct4Kim et al Cell 136; 411-419, 2009178

REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS HUMANASLas clulas iPS generadas muestran expresin gnica y modelos de metilacin muy parecidos a los de las clulas madre embrionarias, crecen internamente mientras expresan telomerasa, tienen un cariotipo normal y forman teratomas si se trasplantan a ratones inmunosuprimidosCh.E. Murry y G. Keller. Cell 132; 661-680, 2008179

SIMILITUD ENTRE LAS CLULAS iPS Y LAS EMBRIONARIAS HUMANASBiolgicamente no hay diferencias entre las clulas iPS y las embrionarias humanas, aunque para confirmarlo totalmente habra que producir embriones humanos por clonacin a partir de las clulas iPS y comprobar la similitud biolgica de sus clulas embrionarias con las de embriones obtenidos por fecundacin in vitro o transferencia nuclear somtica, lo cual ticamente no es posible llevar a cabo180

INTERS POR LA REPROGRAMACIN CELULARComo consecuencia del inters clnico y experimental que tienen las clulas iPS, numerosos laboratorios han iniciado trabajos destinados a obtenerla. En efecto, segn comenta Melina Fan, directora ejecutiva de Addgene, de Cambridge (Massachusetts), que distribuye los vectores virales utilizados por Yamanaka y Thomson, con fecha 17 de abril de 2008, haban recibido 704 peticiones, de 178 laboratorios pertenecientes a 142 instituciones el vector viral utilizado por Thomson y 514 de 131 laboratorios pertenecientes a 113 instituciones del vector utilizado por Yamanaka para la transferencia de los factores de trascripcin a clulas humanas, as como ms de 1500 peticiones procedentes de 232 laboratorios pertenecientes a 215 instituciones del vector utilizado para la transferencia a clulas murinasNature Reports Stem Cells DOI: 10.1038/stemcells.2008.67

181

IMPORTANCIA DE LA REPROGRAMACIN CELULARLa revista Science calific la reprogramacin celular como el descubrimiento cientfico del ao 2008 por la utilidad que puede tener en la investigacin de graves enfermedades y por su probable utilizacin dentro del campo de la medicina regenerativa y reparadoraScience 322; 1767-1773, 2008182

INCONVENIENTES TCNICOSPosibilidad de transmisin de enfermedades virales Posibilidad, aunque menor, de producir tumores Posibles problemas gnicos debido a la introduccin del ADN de los genes reprogramadores en las clulas receptoras Lo que puede facilitar una integracin genmica aleatoria y riesgo de ocasionar mutagnesisMF Pera y K Hasegawa Nature Biotechnology 26; 59-60, 2008 MF Pera Nature 471; 46-47, 2011183

INCONVENIENTES TCNICOSAdems, aunque los genes reprogramadores son generalmente silenciados despus de la reprogramacin, la activacin epigentica del Oct-4 y Sox2 podra inducir efectos no deseados en las clulas iPS transferidasMF Pera y K Hasegawa Nature Biotechnology 26; 59-60, 2008184

PROBLEMAS A RESOLVERTcnicos: Sustituir los vectores virales Sustituir el oncogn c-Myc Biolgicos: Conocer mejor los mecanismos de la reprogramacin celular, especialmente si es debida a modificaciones epigenticas o a modificaciones genticas todava no identificadasJ. Cibelli. Science 318; 1879, 2007 185

PROBLEMAS RESUELTOSEl mismo grupo de Yamanaka, en el reducido tiempo de tres meses, consigue reprogramar hepatocitos y clulas de epitelio de mucosa gstrica sin utilizar el c-Myc, tanto en humanos como en ratones, sin que se generaran tumoresN. Nakagama y col. Nature Biothecnology 26; 101-106, 2008 186

PROBLEMAS RESUELTOSOtros autores tambin consiguen generar clulas sin utilizar el c-Myc Wernig M y col Cell Stem Cell 2; 10-12, 2008 T Brambrink y col Cell Stem Cell 2; 151-159, 2008187

PROBLEMAS RESUELTOSCon relacin a la utilizacin de vectores virales Aoki y colaboradores comprueban que al reprogramar clulas de estmago e hgado murinas, utilizando retrovirus estos no penetran en la clula adulta a reprogramar y por tanto no alteran su genomaT. Aoki y col. Science: DOI 10.1126 / science 1154884 (14 2 2008)188

PROBLEMAS RESUELTOSConsiguen introducir los factores de trascripcin utilizando vectores virales que no llegan a integrarse en el genoma de las clulas receptoras Con este sistema evitar la formacin de tumores y las alteraciones gnicas del genoma de las clulas receptoras De las clulas iPS consiguen derivar clulas de msculo, sistema nervioso, corazn y pulmn Esta tcnica permite pensar en utilizar las clulas iPS en ensayos clnicos con humanosM Stadtfeld y col. Science: DOI 10.1126 / science 1162494

189

OBTENCIN DE CLULAS iPS SIN INTEGRACIN DEL GENOMA VIRALGeneran clulas iPS a partir de: Hepatocitos de ratn utilizando adenovirus para transferir factores reprogramadoresStadtfeld et al Science 322; 945-949, 2008

Fibroblastos de embriones de ratn utilizando plsmidosOkita et al (Yamanaka) Science 322; 949-953, 2008 Kaji et al 190 Nature DOI: 10.1038/nature 07864, 2009

GENERACIN DE CLULAS iPS UTILIZANDO COMPUESTOS QUMICOS

Utilizan productos qumicos que pueden reemplazar uno o dos genes reprogramadosHuangfu et al Nature Biotechnology 26; 1269-1275, 2008 Shi et al Cell Stem Cell 2; 525-528, 2008191

GENERACIN DE CLULAS iPS UTILIZANDO PEQUEAS MOLCULASPequeas molculas que inhiben el cido valprico inducen reprogramacin utilizando solo Oct4 y Sox2 Otra molcula, el kenpaulln, puede sustituir el Klf4

PNAS 106; 8912-8917, 2009

192

FACTORES DE REPROGRAMACINProduccin de clulas iPS utilizando: Vectores episomales que no se integran en el genoma de la clula generada. Los restos genmicos episomales que queden se eliminan y as la clula iPS generada queda libre se secuencias transgnicas extraasYu et al (Thomson) Science 324; 797-801, 2009

Utilizan doxyciclina para potenciar la accin de los vectores vricos (lentivirus) y posteriormente la recombinasa Cr/LoxP para eliminar los restos trangnicos que se hayan podido insertarSoldner et al Cell 136; 964-977, 2009

Utilizan plsmidos del tipo piggy BacWoltjen et al 193 Nature DOI: 10.1038/nature 07863.2009

OBTENCIN DE CLULAS iPS SIN INTEGRACIN DEL GENOMA VIRALPosibilidad de crear clulas iPS utilizando un nico vector policistrnico no vrico obtenido a partir de un plasmido que favorece la expresin de Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc, que evita la insercin del genoma vrico en las clulas generadasGonzalez et al PNAS 106; 8918-8922, 2009194

ALTERNATIVA A LA UTILIZACIN DE VECTORES VIRALESPrime Gen, una empresa californiana de biotecnologa, conjuntamente con Unidyn, fabricante de nanotubos (cilindros de molculas de carbono de pocos nanometros de dimetro) ha anunciado que se pueden sustituir los vectores virales necesarios para la reprogramacin celular, por nanotubos de carbono, tras demostrar que con ellos se pueden introducir protenas complejas (hasta una docena) en clulas testiculares y de retinaD Cyranoski y M Baker Nature 452;132-136, 2008

195

ALTERNATIVA A LA UTILIZACIN DE VECTORES VIRALESSin embargo, existen justificados reticencias entre los expertos, sobre la bondad de estas experiencias pues las mismas aun no han sido publicadas en una revista cientfica de garanta Adems algunos autores indican que su introduccin en las clulas puede tener efectos txicos para ellas, incluso puede ocasionar su muerte Por ello, los propios fabricantes admiten la existencia de algunos problemas que hay que resolver antes de pasar a su utilizacin clnica

D Cyranoski y M Baker 196 Nature 452;132-136, 2008

ALTERNATIVAS A LA UTILIZACIN DE VECTORES VIRALESOtra posibilidad es reemplazar los vectores virales introduciendo directamente los factores reprogramadores con ciertos aminocidos unidos a ellos, lo que les permite penetrar las membranas celulares Tambin utilizando pequeas molculas no proticas que remeden la actividad de los factores de trascripcin y que puedan penetrar las membranas celularesB Goldman Nature Reports Stem Cells DOI: 101038/stemcells.2008.67 1st May 2008

197

MEJORAS DE LA TCNICA MEJORAS DE LA TCNICA DE DE OBTENCIN DE CLULAS iPS OBTENCIN DE CLULAS Tambin el equipo de R Jaenisch del Instituto Tecnolgico de Massachusetts utiliza la doxicilina para mejorar la tcnica de reprogramacin de clulas adultas y conseguir clulas iPS de segunda generacin Las clulas obtenidas tienen una gran homogeneidad gentica lo que favorece su posible uso clnicoCell Stem Cell 3; 346-353, 2008198

REPROGRAMACIN DIRECTA DE CLULAS ADULTASEn el Instituto Mdico Horward Hughes en colaboracin con el Instituto de Clulas Madre de la Universidad de Harvard, el equipo dirigido por D Melton ha conseguido reprogramar clulas adultas de ratn (clulas exocrinas del pncreas) en clulas beta productoras de insulina Con esta tcnica se evita el paso intermedio de convertir la clula adulta en una clula pluripotencial Los factores de trascripcin que utilizan son el Ngn3, Pdx1 y Mafa

Nature DOI: 10.1038/nature 07314

199

VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL USO DE LAS CLULAS iPS

200

VENTAJAS TCNICASNo inducen rechazo inmunolgico Lo que abre la posibilidad de crear frmacos especficos para un paciente determinado No requiere la utilizacin de ovocitos humanos Facilidad tcnica Coste reducido201

POSIBLES UTILIZACIONES DE LAS CLULAS iPS

202

POSIBLE UTILIDAD DE LAS CLULAS iPSPodran tener tres posibles aplicaciones

Para estudios experimentales sobre la diferenciacin celular y para valorar posibles diferencias entre clulas normales y patolgicas Para estudios farmacolgicos, que ahora solo es posible realizar en animales Para su uso en la medicina regenerativa203

UTILIDAD EXPERIMENTAL DE LAS CLULAS iPSLas clulas iPS podran suplir mucha de la informacin que ahora proporcionan las clulas madre embrionarias en investigacin y en medicinaMF Pera Nature 451; 135-136, 2008204

OTRAS APLICACIONES DE LAS CLULAS iPSLas clulas iPS pueden ser el ms prctico y eficiente camino para producir grandes bancos de clulas humanas pluripotentes de los haplotipos deseados Esto evitara el uso y destruccin de miles de embrionesMF Pera y K Hasegawa Nature Biotechnology 26; 59-60, 2008205

NUEVAS POSIBILIDADES DE REPROGRAMACIN DE CLULAS ADULTAS

206

PUEDEN LAS CLULAS iPS HACER INNECESARIO EL USO DE CLULAS MADRE EMBRIONARIAS?Sera un importante error llegar a la conclusin de que la obtencin de las clulas iPS evita la necesidad de usar clulas madre embrionariasI Hyun y col. Cell Stem Cell 1; 367-368, 2007

D Melton: Es prematuro afirmar esto GQ Daley: En el momento actual no estamos seguros de que las clulas iPS sean absolutamente equivalentes a las clulas madre embrionarias K Egan: Para estar seguro de la utilidad de las clulas iPS se necesita hacer un gran nmero de experiencias con clulas iPS de diferentes individuos y compararlos con clulas madre embrionariasC Holden y G Vogel Science319; 560-563, 2008

207

PUEDEN LAS CLULAS iPS HACER INNECESARIO EL USO DE CLULAS MADRE EMBRIONARIAS?

La investigacin con clulas iPS debera continuar junto con la investigacin con clulas madre embrionariasI-Hyun Park. Hastings Center Report 38; 20-22, 2008 BM Kuehn JAMA 299; 26, 2008208

PUEDEN LAS CLULAS iPS HACER INNECESARIO EL USO DE CLULAS MADRE EMBRIONARIAS?

Sin embargo, la gran mayora de investigadores que trabajan en este campo creen que las clulas iPS sustituirn con ventaja a las clulas madre embrionarias, tanto con fines experimentales como teraputicos209

CONSECUENCIAS DEL DESCUBRIMIENTO DE LAS CLULAS iPSPor ello, Ian Wilmut el creador de la oveja Dolly, manifiestaba recientemente que iba a abandonar la clonacin para utilizar las clulas iPSR Highfield Daily Telegraph (http://www.telegraph.co.uk) 16-XI-2007

Y el propio James Thomson comentaba (Gina Kolata. The New York Times, 22/11/2007) que probablemente dentro de una dcada la guerra de las clulas madre embrionarias ser solo una nota al pie de una pgina curiosa de la historia de la ciencia210

EXPERIENCIAS PRECLNICAS

211

EXPERIENCIAS PRE CLNICAS EN ANIMALES

212

EXPERIENCIAS PRECLNICAS EN RATONES CON ANEMIA FALCIFORMESe obtienen clulas somticas de ratones con anemia falciforme y tras ser corregida la anomala gentica por terapia gnica molecular se generan clulas iPS A partir de ellas se generan clulas madre hematopoyticas normales que se pueden reinyectar en ratones con anemia falciforme, consiguiendo mejorar sensiblemente su cuadro clnicoHanna J et al213 Science 318; 1920-1923, 2007

EXPERIENCIAS PRECLNICAS EN RATONES CON PARKINSON Demuestran que clulas iPS se pueden diferenciar en clulas madre precursoras neurales que en cultivo puede generar clulas neurales o de gla Si las clulas generadas se transfieren al cerebro de fetos de ratones, migran a distintas regiones y se diferencian en gla y neuronas Tambin las clulas iPS se diferencian a neuronas dopaminrgicas Cuando las neuronas dopaminrgicas se trasplantan a cerebro de ratas con Parkinson se consigue mejorar sus sntomas clnicos Estos resultados demuestran el potencial teraputico de clulas iPS procedentes de fibroblastos para el reemplazo de clulas neuronales patolgicas en un modelo animalM Wernig y col PNAS 105; 5856-5861, 2008 214

EXPERIENCIAS PRECLNICAS EN RATONES CON HEMOFILIA ASe producen clulas iPS a partir de fibroblastos de la cola de ratones que posteriormente se diferencian a clulas endoteliales y clulas progenitoras endoteliales. Se comprueba que estas clulas producen factor VIII Las clulas endoteliales o sus progenitoras producidas se inyectan a ratones con hemofilia A Se comprueba que el factor VIII se incrementa hasta un nivel de 8% a 12% Comprobndose adems que los ratones transplantados sobreviven mucho mas tiempo que los a ratones del grupo controlXu D, et al. PNAS 106; 808-813, 2009215

EXPERIENCIAS PRE CLNICAS EN HUMANOS216

EXPERIENCIAS PRECLNICAS EN HUMANOS CON INFARTO DE MIOCARDIOA partir de fibroblastos humanos se producen clulas iPS Estas se insertan en mrulas de ratones De las quimeras producidas, se produce parenquima cardiaco normal, que se puede transferir a corazones de ratones enfermos, consiguiendo la mejora funcional de los mismos Esto demuestra que las clulas iPS pueden ser tiles en el tratamiento de la enfermedad cardiaca

Nelson et al Circulation 120; 408-416, 2009217

LNEAS CELULARES OBTENIDAS DE CELULAS iPS DERIVADAS DE PACIENTES CON DISTINTAS PATOLOGAS218

LNEAS CELULARES OBTENIDAS DE CELULAS IPS DERIVADAS DE PACIENTES CON DISTINTAS PATOLOGAS

La posibilidad de generar clulas iPS a partir de clulas somticas, generalmente fibroblastos, ha abierto un nuevo y til camino para estudiar la patogenia de graves enfermedades, as como para ensayar nuevas posibilidades teraputicas para ellas219

CLULAS iPS OBTENIDAS DE CLULAS ADULTAS DE DISTINTAS PATOLOGASTipo de enfermedad Primer autor Revista Nombre de enfermedad Causa gentica Tipo de clulas obtenidas Se han evaluado frmacos ND

Neurolgica

Soldner, F

Cell 136; 964-977, 2009

Enfermedad de Parkinson Enfermedad de Parkinson

Polignica Polignica (con mutacin LRRK2) Polignica

Neuronas dopaminrgicas Neuronas dopaminrgicas

Neurolgica

Nguyen, HN

Cell Stem Cell 8; 367-280, 2011

S

Neurolgica

Dimos, JT

Science 321; 1218-1221, 2008

Esclerosis lateral amiotrfica Atrofia espinal muscular Disautonomia familiar Sndrome de RETT Enfermedad de Huntington

Neuronas motoras

ND

Neurolgica Neurolgica Neurolgica

Ebert, AD Lee, G Marchetto, MC Park, I

Nature 457; 277-280, 2009 Nature 461; 402-406, 2009 Cell 143, 527-539, 2010

Monognica Monognica Monognica

Neuronas motoras Clulas de la cresta neural Neuronas

S S S

Neurolgica

Cell 134; 877-886, 2008

Monognica

ND

ND

Neurolgica

Ku, S

Cell Stem Cell 7; 631-637, 2010

Ataxia de Friedreich Alzheimer Esquizofrenia

Monognica

ND

ND

Neurolgica Neurolgica

Quiang, L Brennand, KJ

Cell 146; 359-371, 2011 Nature 473; 221-225, 2011

Polignica Polignica

Neuronas Neuronas glutaminrgicas

No S

CLULAS iPS OBTENIDAS DE CLULAS ADULTAS DE DISTINTAS PATOLOGASTipo de enfermedad Sangre Sangre Sangre Cardiaca y muscular Cardiaca y muscular Cardiaca y muscular Cardiaca y muscular Cardiaca y muscular Primer autor Raya, A Urbach, A Zhaohui, Y Moretti, A Itzhaki, I Carvajal -Vergara, X Yazawa, M Zhang, J Revista Nombre de enfermedad Anemia de Fanconi Sndrome X frgil Trastornos Mieloproliferativos Sndrome de QT 1 largo Sndrome de QT 2 largo Sndrome LEOPARD Sndrome Timothy Progeria de Hutchinson Gilford Progeria de Hutchinson Gilford Distrofia muscular de Duchenne Causa gentica Monognica Monognica Polignica Monognico Monognico Monognico Monognico Monognico Tipo de clulas obtenidas Clulas sanguneas ND Hematopoyticas Cardiomiocitos Cardiomiocitos Cardiomiocitos Cardiomiocitos Clulas musculares lisas, clulas madre mesenquimales Clulas musculares lisas ND Se han evaluado frmacos ND ND No S S ND S ND

Nature 460; 53-59, 2009 Cell Stem Cell 6; 407-411, 2010 Blood 114; 5473-5480 N Engl. Med 363; 1397-1409, 2010 Nature 471, 225-229, 2011 Nature 465; 808-812, 2010 Nature 471; 230-234, 2011 Cell Stem Cell 8; 31-45, 2011

Cardiaca y muscular Cardiaca y muscular

Liu, GH

Nature doi:10.1034/nature09879 Cell 134; 877-886, 2008

Monognico

ND

Park, IH

Monognico

ND

CLULAS iPS OBTENIDAS DE CLULAS ADULTAS DE DISTINTAS PATOLOGASTipo de enfermedad Primer autor Revista Nombre de enfermedad Causa gentica Tipo de clulas obtenidas Clulas Productoras de insulina y glucagn hepatocitos Se han evaluado frmacos ND

Pancretica

Maehr, ST

Procl Natl Acad Sci

Diabetes tipo 1

Polignica

Heptica

Rashid, ST

J. Clin. Invest. 120; 3127-3136, 2010

Deficiencia de A1 antitripsina

Monognica

S

Otras

Agarwal, S

Nature 464; 292 298, 2010 J. Biol. Chem 285; 40303-40311, 2010

Disqueratosis

Monognica

iPS

No

Otras

Yang, J

Sndrome de Prader-Willi

Monognica

Neuronas

ND

Otras

Chamberlain, SJ

Proc. Natl Acad. Sci USA 107; 17668 17673, 2010 Cell 134; 877-886, 2008

Sndrome de Angelman y Prader-Willi Sndrome de Down

Monognica

Neuronas

ND

Otras

Park, IH

Monognica

ND

ND

EXPERIENCIAS CLNICAS EN HUMANOS

223

POSIBILIDAD DE PRODUCIR SERES VIVOS A PARTIR DE CELULAS iPS224

POSIBILIDAD DE PRODUCIR SERES VIVOS A PARTIR DE CELULAS IPS

A partir de clulas iPS, adems de poder obtenerse lneas celulares de distintas patologas, tambin se han podido derivar clulas germinales que en teora podran servir para producir seres humanos vivosKee K, et al. Nature 2009; 462: 222-225 Editorial. Nature 2008; 452:913225

POSIBILIDAD DE PRODUCIR SERES VIVOS A PARTIR DE CELULAS IPS

Pero las experiencias ms excitantes en este terreno han sido realizadas por dos grupo de investigadores chinos que han logrado producir ratones vivos a partir de clulas iPS226

POSIBILIDAD DE PRODUCIR SERES VIVOS A PARTIR DE CELULAS IPS

El primero de ellos lo consigui a partir de la produccin de blastocistos tetraploides a los que se haban previamente transferido las clulas iPSKang L, et al. Cell Stem Cell 2009; 5: 135-138227

POSIBILIDAD DE PRODUCIR SERES VIVOS A PARTIR DE CELULAS IPSPero ms interesante aun han sido las experiencias de Zhao y col que han logrado producir 31 ratones vivos a partir de 37 lneas de clulas iPS generadas de fibroblastos de piel. La tcnica utilizada ha sido similar a la de Kang por medio de la cual tras inyectar las clulas iPS en blastocistos normales estos fueron transferidos a hembras que quedaron preadas. Los ratones generados tenan entre un 5% a 80% de quimerismo. Pero lo ms interesante de estas experiencias es que a partir de los ratones producidos se pudo producir una segunda generacin de ratones vivos que tenan las caractersticas genticas del ratn del cual se haban derivado las clulas iPSZhao X, et al. Nature 2009; 461:86-90228

POSIBILIDAD DE PRODUCIR SERES VIVOS A PARTIR DE CELULAS IPSEl ltimo grupo en conseguir animales vivos a partir de clulas iPS ha sido el de Boland y col que utilizando una tcnica similar a la de Zhao, han logrado tambin que los embriones generados tuvieran caractersticas genticas similares a la de los ratones de los que se haban derivado las clulas iPS

Boland M, et al. Nature 2009; 461 91-94229

OTROS POSIBLES USOS ABERRANTES DERIVADOS DE LA UTILIZACIN DE CLULAS GERMINALES OBTENIDAS A PARTIR DE CLULAS iPSFibroblastos donados por un varn Mujer utilizada con fines reproductores Hombre utilizado con fines reproductores

Clulas iPS

Ovocito

Espermatozoides

Ovocitos

Esperma

Fertilizacin heterosexual Fertilizacin entre ambos gametos de un mismo individuo Madre subrogada

Fertilizacin heterosexual

Modificado de Power and Rask Annals Internal Medicine 155; 114-121, 2011

VALORACIN TICA DEL ESQUEMA ANTERIORAdems de otras dificultades ticas la posibilidad de generar embriones humanos a partir de las clulas germinales derivadas de clulas iPS obtenidas de clulas somticas adultas abre la puerta a producir seres humanos vivos con dos padres y una madre231

BREVE CONSIDERACIN ETICA

232

BREVE CONSIDERACIN ETICANo cabe duda que una de las caractersticas ms positivas de las clulas iPS es que no se requiere utilizar clulas madre embrionarias para obtenerlas Sin embargo, al poder derivar de ellas, animales vivos, se abre la posibilidad de poder clonar seres humanos sin tener que recurrir a la transferencia nuclear somtica233

BREVE CONSIDERACIN ETICA Esto presupone que la responsabilidad tica ultima del uso de las clulas iPs queda en mano de los propios investigadores, firmas comerciales y la sociedad en general234

MOTIVACIN TICA DE LAS EXPERIENCIAS DE YAMANAKA235

MOTIVACIN TICA DE YAMANAKA PARA SUS INVESTIGACIONES Cuando vi el embrin, rpidamente me di cuenta de que no haba diferencia entre l y mis hijas Pens que no podemos permitirnos destruir embriones para nuestras investigaciones Tiene que haber otro caminoM Fackler The New York Times 11-XI-2007236

237