Stepwise direct reprogramming of adult human dermal fibroblasts into tendon-like cells via transcription factor optimization and 3D culture

En el mundo de la cirugía pediátrica, reparar un agujero en el diafragma —el músculo que separa el pecho del vientre y nos ayuda a respirar— es un desafío de alto riesgo. Cuando el defecto es demasiado grande para simplemente coserlo, los cirujanos suelen recurrir a parches sintéticos hechos de materiales como el politetrafluoroetileno expandido. Si bien estas láminas artificiales pueden mantener unido el cuerpo a corto plazo, tienen un fallo crítico: son materia muerta. No pueden crecer, no se adaptan al cuerpo en expansión de un niño y conllevan riesgos de infección o calcificación con el tiempo. El objetivo final de los médicos es reemplazar estos parches estáticos por tejido vivo que el cuerpo de un niño pueda aceptar y que crezca junto con él. Para lograr esto, los científicos están explorando un método llamado reprogramación directa. Este proceso consiste en tomar una célula madura y especializada de una parte del cuerpo y darle un nuevo conjunto de instrucciones para transformarla en un tipo de célula completamente diferente, evitando la necesidad de crear células madre primero. La pregunta que los investigadores se han estado haciendo es si pueden convertir una célula común de la piel en una célula de tendón, un componente crucial del diafragma, para construir una reparación viva y en crecimiento.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Medicina de la Prefectura de Kioto se propuso responder a esta pregunta intentando convertir células de la piel humana adulta en células similares a las del tendón. Comenzaron con fibroblastos dérmicos humanos adultos, que son las células de trabajo que se encuentran en la piel, producen colágeno y mantienen la estructura del tejido. Estas células son abundantes y fáciles de obtener de un paciente, lo que las convierte en un punto de partida ideal. Los científicos introdujeron un grupo específico de genes en estas células de la piel utilizando un virus inofensivo. Estos genes actúan como interruptores maestros, o factores de transcripción, que le dicen a la célula qué proteínas fabricar y qué función desempeñar. Inicialmente, el equipo probó una combinación de seis factores diferentes, incluyendo algunos conocidos por impulsar el desarrollo del tendón y otros utilizados para hacer que las células fueran más flexibles y estuvieran listas para cambiar. Querían ver si este cóctel podía obligar a las células de la piel a olvidar su identidad original y adoptar las características de un tenoblasto, una célula que construye y mantiene los tendones.

El experimento demostó que la combinación de seis factores funcionaba. Las células de la piel comenzaron a producir altos niveles de tenomodulina y trombospondina-4, dos proteínas que sirven como marcadores claros de las células del tendón. Cuando los investigadores observaron las células bajo un microscopio, vieron una transformación física. Las células originales de la piel eran cortas y con forma de huso, pero las células reprogramadas se estiraron, volviéndose largas y delgadas, asemejándose a las fibras de un tendón real. Para asegurar que estas nuevas células fueran estables, el equipo las colocó bajo la piel de ratones. En una semana, las células habían sobrevivido y formado pequeños grupos en el injerto, demostrando que las células reprogramadas podían persistir en un cuerpo vivo sin morir inmediatamente ni causar inflamación. Este éxito inicial confirmó que el concepto era viable, pero el equipo sabía que usar seis factores era más complejo de lo necesario. Querían encontrar la receta más simple y eficiente para lograr el mismo resultado.

A través de un proceso de eliminación, los investigadores probaron diferentes combinaciones de los factores para encontrar el conjunto mínimo requerido. Descubrieron que cuatro factores eran suficientes: SCX, MKX, OCT3/4 y MYCL. El estudio reveló que cada uno de estos factores desempeñaba un papel distinto en la transformación. Un factor, OCT3/4, era esencial para activar el gen de la tenomodulina, mientras que otro, SCX, era el principal impulsor de la producción de trombospondina-4. Los otros dos factores ayudaban a que el proceso se ejecutara de manera fluida y eficiente. Este hallazgo fue significativo porque simplificó el procedimiento, reduciendo el número de instrucciones genéticas necesarias para crear el tipo de célula deseado. Los investigadores llamaron a estas células convertidas con éxito "tenoblastos directamente convertidos". Confirmaron que estas células se parecían a las células del tendón y producían las proteínas correctas, a pesar de haber comenzado como células de la piel.

El equipo investigó entonces si el entorno en el que crecían las células podía mejorar su desarrollo. Las células cultivadas en un plato plano, conocido como cultivo bidimensional, mostraron buenos resultados, pero los investigadores se preguntaron si un entorno tridimensional más natural ayudaría. Embebieron algunas de las células convertidas en un gel hecho de colágeno, un material que imita el andamiaje natural del cuerpo. Descubrieron que mover las células a este gel tridimensional después de que ya habían pasado algún tiempo en el plato plano aumentó aún más la expresión de los marcadores de tendón. Específicamente, las células que fueron transferidas al gel más tarde en el proceso mostraron los niveles más altos de las proteínas clave. Esto sugirió que las células necesitaban establecer su nueva identidad en un entorno simple primero, antes de que la estructura tridimensional compleja pudiera ayudarlas a madurar más.

Aunque los resultados fueron prometedores, los investigadores fueron cuidadosos al señalar los límites de su trabajo actual. Habían creado con éxito células que se veían y actuaban como células del tendón en un plato y sobrevivieron durante un corto tiempo en ratones, pero aún no habían probado si estas células podrían soportar el estrés físico de un tendón real o si podrían integrarse plenamente en un cuerpo en crecimiento a largo plazo. El estudio no midió la fuerza del nuevo tejido ni qué tan bien funcionaría en un paciente humano. Sin embargo, el trabajo proporcionó un camino claro y paso a paso hacia adelante. Al identificar los cuatro factores específicos necesarios y la mejor manera de cultivar las células, el equipo ha sentado las bases para la creación de tejido de tendón específico para cada paciente. Este enfoque podría conducir eventualmente al desarrollo de parches vivos y en crecimiento para niños con hernias diafragmáticas, ofreciendo una solución que se adapte y crezca con el paciente en lugar de permanecer como un objeto extraño y estático.