Mediante estudios in vitro y preclínicos, un equipo de investigación del CONICET identificó un mecanismo biológico que podría mejorar la producción de células trasplantables a los pacientes y así impulsar terapias que eviten la inyección diaria de esa hormona.
En la diabetes tipo 1, el sistema inmune destruye tejidos propios como las células beta del páncreas productoras de insulina y en consecuencia se desencadena la hiperglucemia, es decir, la presencia de altas cantidades de glucosa en sangre que pueden generar graves daños en diferentes órganos. Actualmente, el enfoque terapéutico más prometedor —y que ya está siendo implementado en ensayos clínicos— para esta patología es generar células beta in vitro a partir de células madre humanas. El objetivo es que estas células se implanten en el individuo enfermo y reviertan el cuadro diabético, permitiendo que el paciente deje de ser dependiente de las inyecciones de insulina.
El problema está en que a la fecha las células beta que se producen in vitro no funcionan igual de ‘bien’, por no ser exactamente iguales a las que produce el propio organismo durante su desarrollo. Por lo tanto, aún se deben optimizar los protocolos para generar mejores células beta. “Esto se logra a partir de ‘copiar’ de manera más fehaciente la forma en que el organismo humano las genera durante el desarrollo”, explica Santiago Rodríguez Seguí, investigador del CONICET en el Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, CONICET-UBA) quien lidera un trabajo recientemente publicado en la revista científica Development que describe un mecanismo biológico que podría optimizar la producción in vitro de células beta.
A partir de estudios in vitro y preclínicos, Rodríguez Seguí y colegas comprobaron que la activación del receptor de glucocorticoides (GR), que normalmente se asocia con condiciones de estrés, tiene un rol fisiológico clave durante el desarrollo temprano del páncreas.
“Observamos que las células progenitoras en embriones de ratón responden de manera muy fina a los niveles de esta hormona para transformarse en células beta. Asimismo, vimos en experimentos in vitro que la administración de la hormona glucocorticoides y la consiguiente activación de su receptor en células progenitoras diferenciadas a partir de células madre humanas promueven su diferenciación en el camino hacia células beta. Consideramos que la información que aporta nuestro trabajo sería útil para optimizar los protocolos que se emplean en los ensayos clínicos para generar in vitro células beta antes de ser trasplantadas a los pacientes”, puntualiza el científico del CONICET. Y agrega: “Los resultados de nuestro estudio son alentadores y establecen un camino de investigación que podría servir para mejorar el diseño de terapias con células beta producidas in vitro”.
Estudios preclínicos e in vitro
Comprender el desarrollo del páncreas es fundamental para la investigación de la diabetes e impulsar terapias novedosas.
En estudios preclínicos (embriones de ratón) e in vitro (células progenitoras pancreáticas humanas), Rodríguez Seguí y colegas comprobaron que la activación del receptor de glucocorticoides (por efecto de la hormona que lleva el mismo nombre) desempeña un rol fisiológico clave en el desarrollo del páncreas tanto de ratón como humano.
“El receptor de glucocorticoides es una proteína que normalmente está en el citoplasma de la célula y lo que vimos es que cuando es activada por la hormona glucocorticoides se desencadenan modificaciones en el núcleo de la célula progenitora del embrión que inducen su diferenciación. Sin embargo, nuestro trabajo revela que el mecanismo de acción es más complejo, ya que el destino al que las células progenitoras se diferencian también depende de otras señales contextuales”, explica el investigador del CONICET. Y agrega: “Sorprendentemente, en estudios in vitro (en los cuales gran parte de la señalización contextual ya está orientada a inducir el camino hacia células beta), la activación del receptor de glucocorticoides en células progenitoras pancreáticas humanas aumenta su diferenciación hacia etapas iniciales del desarrollo de células beta productoras de insulina. Este descubrimiento aporta nuevas pistas para mejorar el tratamiento de pacientes con diabetes ya que pudimos describir una nueva vía que serviría para regular ese camino de célula madre a célula beta en ciertas etapas”.
Las células beta se diferencian o generan in vitro a partir de células madre, que pueden ser células madre embrionarias o pueden ser células pluripotentes inducidas del propio paciente, donde a través del empleo de células de la piel (u otro tejido) del paciente, y la re-activación de ciertos genes, se las transforma en células madre. “Esto se llama célula pluripotente inducida, es decir, un tipo de célula madre que puede dar lugar a cualquier célula organismo y que después hay que guiarla por el camino apropiado para que se convierta en célula beta”, explica Rodríguez Seguí. Y continúa: “Esos protocolos ya están bastante puestos a punto y hay ensayos clínicos implantando células beta para revertir la diabetes y evitar que el paciente tenga que auto administrarse insulina, pero las células beta precisan ser mejoradas en cuanto a su identidad y función. En este sentido, pensamos que este nuevo ‘actor’ o vía de señalización que revelamos en nuestro trabajo podría mejorar estas estrategias terapéuticas en desarrollo”.
El nuevo trabajo también tiene implicancias para entender algunos casos de diabetes tipo 2 en la que el páncreas sí fabrica insulina, pero no funciona bien y entonces la glucosa se acumula en la sangre.
Los investigadores comprobaron que las células progenitoras del páncreas pueden responder a niveles elevados de glucocorticoides desde estadios muy tempranos del desarrollo embrionario. “Esto avala la hipótesis conocida como ’los orígenes fetales de la enfermedad adulta’ que plantea que, en casos de estrés prenatal, altos niveles de glucocorticoides en etapas muy tempranas del embarazo harían que las células progenitoras del páncreas se diferencien antes de lo planificado”, explica Rodríguez Seguí, también integrante del Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (Departamento FBMC de la FCEN-UBA). Y continúa: “En el contexto de la diabetes, esto daría lugar a la aparición de células beta antes de lo esperado, pero dado que esto ocurre a costa de reducir la cantidad de progenitores (que son las células que deben multiplicarse de manera muy importante previo a su diferenciación para proveer el conjunto de células beta que necesita el adulto), el organismo comienza su ciclo de vida postnatal con una ’desventaja’ intrínseca. El tener menos células beta hace que las mismas tengan que ’esforzarse’ más para generar las cantidades de insulina necesarias para regular la glucosa en el adulto. Esto, a largo plazo, ocasiona el malfuncionamiento de estas células, llevando a la aparición del cuadro diabético. Esta hipótesis abre caminos para nuevas investigaciones que permitan comprender mejor estos efectos y eventualmente proponer posibles tratamientos”, concluye.
De acuerdo con el investigador del CONICET, los resultados son alentadores para continuar profundizando el estudio de los efectos inducidos por la hormona glucocorticoides. “Dado que el campo de investigación en la producción de células beta in vitro está en constante avance, nuestro próximo objetivo es adaptar el estímulo con glucocorticoides a protocolos de diferenciación in vitro mejorados, que fueron descriptos hace muy poco. Estos protocolos implican el cultivo en suspensión, en forma de organoides, que replican de manera más precisa la señalización en 3D que reciben las células”, puntualiza Rodríguez Seguí. Y concluye: “Con este nuevo enfoque, los efectos del tratamiento con glucocorticoides podrían ser aún más impactantes. También pensamos profundizar en el tratamiento a estadios más avanzados del desarrollo de las células beta, de forma de comprender hasta qué punto ésta señalización podría servir para guiar mejor el camino hacia la producción de este tipo celular”.
El trabajo se realizó en colaboración con el grupo de investigación de Ludovic Vallier, del Centro de Terapias Regenerativas del Instituto de Salud de Berlín y del Instituto Max Planck de Genética Molecular, en Berlín, Alemania. Los dos primeros autores del estudio son Silvio Traba y Lucas Bacigalupo, del IFIBYNE y del Departamento FBMC de la FCEN-UBA; y también participaron, Juan Ignacio Burgos, Agustín Romero y Ana Heidenreich, del IFIBYNE y del Departamento FBMC de la FCEN-UBA; Daniella Fradin e Irene Talon, integrantes del equipo de Vallier; Daniele Muraro, Jose Garcia-Bernardo, Christopher Gribben, Fatima Lugtu y Mariya Chhatriwala, de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido; y Adali Pecci, del IFIBYNE y del Departamento de Química Biológica de la FCEN-UBA.