El cóctel de moléculas pequeñas de cuatro partes puede prevenir el estrés celular



Investigadores de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) han ideado un cóctel de moléculas pequeñas de cuatro partes que puede proteger las células madre llamadas células madre pluripotentes inducidas (iPSC) del estrés y mantienen la estructura y función normales de las células madre.

Los investigadores sugieren que el cóctel podría mejorar los usos terapéuticos potenciales de las células madre, que van desde el tratamiento de enfermedades y afecciones, como la diabetes, la enfermedad de Parkinson y la lesión de la médula espinal, hasta la edición del genoma.

Las células madre pluripotentes humanas son células que, en teoría, pueden crecer para siempre y servir como una fuente inagotable de células especializadas, como las del cerebro, los riñones y el corazón. Pero las células madre son sensibles y sus usos potenciales en medicina se ven obstaculizados por el estrés de crecer en una placa de cultivo celular, lo que puede dañar su ADN y provocar la muerte celular.

En una serie de experimentos, los científicos dirigidos por Ilyas Singeç, MD, Ph.D., director del Laboratorio de Traducción de Células Madre del Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales de los NIH (NCATS), utilizaron un cribado de alto rendimiento para probar sistemáticamente miles de compuestos y medicamentos para identificar una combinación única que mejoró en gran medida la supervivencia de las células madre y redujo el estrés del cultivo celular.

Singeç y sus co-investigadores describieron cómo desarrollaron el cóctel, llamado CEPT, y sus posibles aplicaciones el 3 de mayo en Métodos de la naturaleza.

El cóctel de moléculas pequeñas protege las células y hace que el uso de las células madre sea más predecible y eficiente. Al prevenir el estrés celular y el daño del ADN que ocurren típicamente, estamos evitando la muerte celular y mejorando la calidad de las células supervivientes. El cóctel se convertirá en un elemento básico ampliamente utilizado en el campo de las células madre e impulsará las aplicaciones de las células madre tanto en la investigación como en la clínica “.

Ilyas Singeç, MD, Ph.D., Director, Laboratorio de traducción de células madre, Centro Nacional de los NIH para el avance de las ciencias traslacionales (NCATS)

Las iPSC se derivan de células sanguíneas o cutáneas reprogramadas. Para mejorar su supervivencia en cultivo, Singeç y su equipo probaron inicialmente más de 15,000 medicamentos aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Y compuestos de moléculas pequeñas en investigación de las colecciones de NCATS.

Entre los 20 fármacos y compuestos que podrían inhibir la actividad de ROCK, un tipo de enzima quinasa que participa en el estrés de las células madre, encontraron que el compuesto Chroman 1 era más potente que el compuesto Y 27632 ampliamente utilizado para mejorar la supervivencia celular.

Para mejorar aún más la supervivencia celular, Singeç y sus colegas utilizaron las capacidades de detección de fármacos de la matriz de NCATS para buscar posibles sinergias entre Chroman 1 y otros fármacos y compuestos. El cribado matricial de fármacos permite a los investigadores estudiar los efectos de las combinaciones de fármacos y determinar los posibles mecanismos por los que actúan estos fármacos.

Los investigadores identificaron un fármaco en investigación, Emricasan, que, cuando se combina con Chroman 1, podría proporcionar un apoyo adicional para mejorar la viabilidad de las células madre.

Según Singeç, un esfuerzo importante en biología de células madre es un proceso experimental llamado clonación unicelular. Aunque el cultivo de células madre en grupos grandes es más fácil, la clonación unicelular (cultivar una célula a la vez en un pocillo diminuto de una placa de cultivo celular) es muy estresante para las células e ineficaz. El proceso tiene aplicaciones críticas en la edición de genes y el establecimiento de líneas celulares, que son cultivos celulares desarrollados a partir de una sola célula.

En su trabajo de detección inicial, el equipo probó los efectos protectores de fármacos y compuestos en 500 células madre a la vez en pocillos de placa. Para imitar el estrés celular observado durante la clonación unicelular, los investigadores desarrollaron un nuevo ensayo (prueba) que les permitía examinar los efectos de más de 7500 compuestos en solo 10 células a la vez.

Esta prueba condujo a la identificación de un tercer compuesto, trans-ISRIB, que mejoró la supervivencia celular, incluso cuando había pocas células en cada placa. Experimentos adicionales demostraron que una mezcla de compuestos llamados poliaminas, en combinación con Chroman 1, Emricasan y trans-ISRIB, resultó ser la mejor para la clonación unicelular.

“Las células deben cultivarse adecuadamente y deben ser de buena calidad para que lleguen a los pacientes”, dijo la directora interina de NCATS, Joni Rutter, Ph.D. “Al encontrar nuevas formas de proteger las células madre del daño, estos resultados podrían eventualmente tener implicaciones de amplio alcance para muchas enfermedades diferentes, incluido el cáncer, la enfermedad de Alzheimer y más”.

El equipo llevó a cabo una serie de experimentos para probar la utilidad del cóctel. Los investigadores demostraron, por ejemplo, que CEPT mejoró el biobanco de células madre, llamado criopreservación, que implica congelar las células y, por lo general, es muy estresante para ellas.

La criopreservación es fundamental para llevar las células madre a la clínica, pero una cantidad significativa de células se pierde o daña durante el proceso de descongelación. El cóctel mejoró drásticamente el proceso.

En otra prueba, los investigadores estudiaron el uso del cóctel en iPSC que ya estaban diferenciadas en células cardíacas, neuronas motoras y otros tipos de células.

Descubrieron que estas células más diferenciadas tratadas con CEPT también eran más viables y mostraban una función mejorada. Singeç también señaló los usos potenciales del cóctel en la ingeniería de tejidos y la biofabricación de varios tipos de células para la medicina regenerativa y el desarrollo de fármacos.

“Durante los últimos 20 años, no hemos podido cultivar células madre humanas en las condiciones más óptimas”, dijo Singeç. “Nuestro enfoque podría mejorar la seguridad y garantizar que las líneas de células madre de próxima generación se cultiven con alta calidad antes de pasar a la clínica”.

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