Clonally selected hypoimmune limbal stem cells: an in vitro proof-of- concept towards an off-the-shelf therapy for limbal stem cell deficiency

El ojo humano depende de una ventana clara y transparente llamada córnea para enfocar la luz y crear una visión nítida. Esta ventana no es una lámina de vidrio estática, sino un tejido vivo que se renueva constantemente, de forma muy similar a la piel de nuestros brazos o piernas. Esta renovación es gestionada por una pequeña población de células especializadas llamadas células madre limbales, que residen en un anillo estrecho en el borde de la córnea. Estas células actúan como un reservorio, dividiéndose para crear nuevas células corneales que migran hacia el interior para reemplazar aquellas desgastadas por el uso diario. Cuando este reservorio es dañado o destruido por una lesión, infección o enfermedad, ocurre la condición conocida como deficiencia de células madre limbales. Sin estas células, la córnea transparente es invadida por vasos sanguíneos y tejido cicatricial proveniente del blanco circundante del ojo, lo que provoca dolor, ceguera y la pérdida permanente de la transparencia del ojo.

Tratar esta condición generalmente implica trasplantar células madre sanas de un donante o del propio ojo sano del paciente. Sin embargo, estos procedimientos enfrentan obstáculos significativos. Usar el propio ojo de un paciente suele ser imposible si ambos ojos están dañados, y usar un ojo de un donante conlleva el riesgo de que el sistema inmunológico del paciente reconozca el nuevo tejido como extraño y lo ataque, un proceso llamado rechazo. Para prevenir esto, los pacientes deben tomar fármacos potentes para suprimir su sistema inmunológico durante el resto de sus vidas, lo cual conlleva serios riesgos para la salud. Además, incluso con estos fármacos, muchos trasplantes fallan porque las células específicas utilizadas varían de persona a persona, lo que dificulta garantizar un resultado exitoso. Los científicos han buscado durante mucho tiempo una forma de crear un suministro universal de estas células, disponible "en estante", que pudiera usarse para cualquier paciente sin desencadenar el rechazo, pero lograrlo requiere superar las sofisticadas defensas inmunológicas del cuerpo.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Newcastle ha dado un paso importante hacia este objetivo al diseñar una nueva clase de célula madre limbal que puede evadir el sistema inmunológico. Su enfoque consiste en tres cambios genéticos específicos diseñados para hacer que las células sean invisibles a las defensas del cuerpo mientras se mantienen plenamente funcionales. Primero, eliminaron las instrucciones genéticas para dos proteínas superficiales específicas, conocidas como HLA clase I y clase II, que actúan como insignias de identificación. Sin estas insignias, el sistema inmunológico y sus células T no pueden reconocer a las células como objetivos extraños para ser destruidas. Segundo, debido a que la eliminación de estas insignias a veces puede desencadenar otro tipo de ataque inmunológico por parte de las células asesinas naturales (natural killer), los investigadores añadieron una tercera modificación: aumentaron la producción de una proteína llamada CD47. Esta proteína envía una señal de "no comer" al equipo de limpieza del sistema inmunológico, los macrófagos, evitando que se traguen las células.

Para hacer posible esta ingeniería, los investigadores primero tuvieron que resolver un problema diferente: cómo cultivar estas delicadas células madre en un laboratorio durante mucho tiempo sin que muran o pierdan sus propiedades especiales. Las células madre son notoriamente difíciles de mantener vivas en una placa; a menudo dejan de dividirse o se convierten en células de la piel ordinaria después de solo unas pocas semanas. El equipo descubrió que añadir un compuesto químico específico, conocido como inhibidor de ROCK, al medio de cultivo permitía que las células crecieran continuamente. Utilizando este método, fueron capaces de expandir las células durante más de 200 generaciones, una hazaña que no se había logrado antes. A lo largo de esta expansión masiva, las células mantuvieron su identidad original, pareciéndose y comportándose exactamente como las células madre encontradas en el ojo humano, y siguieron siendo capaces de transformarse en las diferentes capas de la córnea cuando fuera necesario.

Una vez que tuvieron un suministro estable y saludable de estas células, los investigadores aplicaron las modificaciones genéticas para crear la versión hipoinmune. Utilizaron una herramienta de edición genética precisa para recortar los genes de las insignias de identificación e insertaron un gen para potenciar la señal de "no comer". Luego cultivaron estas células modificadas en clones para asegurar que todas fueran idénticas y seguras. Los resultados de sus pruebas fueron sorprendentes. Cuando mezclaron estas células diseñadas con células inmunitarias humanas en una placa, el sistema inmunológico las ignoró en gran medida. Las células T, que normalmente se multiplican rápidamente cuando encuentran tejido extraño, permanecieron tranquilas y no atacaron. Del mismo modo, los macrófagos, que usualmente engullen y destruyen células extrañas, dejaron en paz a las células diseñadas. Esto ocurrió incluso cuando las células inmunitarias fueron estimuladas para ser altamente agresivas, lo que sugiere que las células eran efectivamente invisibles para los principales mecanismos de defensa del cuerpo.

Curiosamente, los investigadores descubrieron que la capacidad de las células para esconderse del sistema inmunológico no dependía únicamente de la señal de "no comer". En un descubrimiento sorprendente, las células que solo tenían las insignias de identificación eliminadas, pero no la señal extra de "no comer", también fueron ignoradas en gran medida por las células asesinas naturales. Esto sugiere que las células madre limbales poseen algunas propiedades inherentes que las protegen de este tipo específico de ataque, un hallazgo que añade una nueva capa de comprensión sobre cómo estas células interactúan con el sistema inmunológico. Sin embargo, la señal de "no comer" seguía siendo crucial para evitar que las células fueran comidas por los macrófagos, confirmando que la estrategia dual de eliminar la identificación y añadir una señal protectora es el enfoque más efectivo.

El estudio también analizó qué sucede cuando se permite que estas células maduren en las diferentes capas de la córnea. Incluso después de que las células se diferenciaran y cambiaran su apariencia, mantuvieron su capacidad de evitar la detección inmunológica. Este es un hallazgo crítico porque un trasplante requiere no solo células madre, sino la capacidad de formar una estructura de tejido completa y saludable. Los investigadores confirmaron que estas células diseñadas aún podían organizarse en una capa corneal adecuada y expresar los marcadores correctos de un ojo sano. También observaron que, si bien las células fueron altamente efectivas para evitar el sistema inmunológico en el laboratorio, todavía hay otros factores a considerar para un tratamiento en el mundo real, como la compatibilidad del tipo de sangre y el potencial de que las células causen otros problemas si crecen de forma incontrolada.

Este trabajo representa una prueba de concepto, lo que significa que demuestra que la idea funciona en un entorno de laboratorio controlado. Los investigadores han demostrado que es posible crear un suministro grande y constante de células madre limbales que están modificadas genéticamente para ser seguras para cualquier paciente. Si bien esto no es todavía un tratamiento disponible en un hospital, sienta las bases para un futuro en el que un paciente con ceguera en ambos ojos pueda recibir un trasplante sin necesidad de encontrar un donante compatible o tomar peligrosos fármacos inmunosupresores. El camino desde el laboratorio hasta la clínica requerirá más pruebas para asegurar la seguridad y efectividad a largo plazo, pero la capacidad de generar estas células hipoinmunes a escala ofrece una esperanza genuina de una solución universal para una condición que actualmente deja a muchos sin cura.