Dermatología traslacional. Avances en terapia celular

La piel es el mayor órgano humano, cuya función más importante es establecer una barrera efectiva entre el interior y exterior de un organismo. La piel está compuesta de la epidermis que actúa como una barrera exterior al medio ambiente y la dermis, una capa interior que confiere elasticidad y resistencia mecánica, sobre la cual se ancla la epidermis a través de un conjunto de elementos que determinan y modulan expresiones genéticas particulares.

La inducción de la diferenciación de queratinocitos para formar un epitelio estratificado es esencial para la adquisición de la función de barrera epidérmica, al igual que la homeóstasis del tejido. El proceso de diferenciación de los queratinocitos es complejo y está directamente relacionado con cambios secuenciales de la expresión genética asociados a diferentes mecanismos reguladores tanto genéticos como epigenéticos, que afectan la activación o represión de genes o marcadores biológicos particulares. Esta red de regulación incluye un conjunto de genes, factores de transcripción, vías de señalización y factores epigenéticos entre otros, que garantizan el mantenimiento y control de diferenciación de las múltiples estructuras que llevan a la formación de la piel. Alteraciones de estos elementos y factores, afectan la integridad de esta estructura y ocasionan fragilidad en la piel, lo cual en muchos casos suelen estar asociadas a enfermedades propias de la piel o a los procesos de regeneración del tejido en casos de injurias como por ej. cicatrización de heridas diversas.^1,2

Avances en medicina regenerativa al igual que estudios en células madres y su aplicabilidad en la terapia celular, así como la obtención de queratinocitos y fibroblastos de alta capacidad regenerativa  a partir de segmentos de piel y su posterior cultivos para aplicación clínica, han potenciado las expectativas de su utilización y desarrollo de métodos directos e indirectos de terapias celulares, como alternativa importante en el tratamiento y regeneración de  piel en enfermedades dermatológicas como por ej. epidermólisis ampollar, al igual que en lesiones de la piel como aquellas generadas por quemaduras. ^3,4,5

En años recientes han sido evidentes los progresos en la investigación sobre células madres, elementos fundamentales a partir de los cuales pueden diferenciarse diversos tipos de células de un organismo. La potencial transformación genética de dichas células mediante metodologías moleculares, como la inserción de información genética a través de virus o la edición de su material genético entre otras, ha generado gran interés en la utilidad de células madres transgénicas en posibles terapias genéticas regenerativas. Un excelente ejemplo de ello lo constituye la regeneración de la epidermis de un niño de 7 años con epidermólisis ampollar juntural o de unión  (EBJ siglas en inglés) producto de mutación en el gen LAMB3 de la laminina-332.  Biopsias del paciente fueron utilizadas para establecer cultivos primarios de queratinocitos, los cuales a su vez fueron utilizados para introducir, mediante técnicas de biología molecular, un vector retroviral portador del gen normal LAMB3. Estas células transgénicas fueron capaces de incorporar el DNA vector a su genoma y expresar de forma normal el gen en cuestión. Láminas de cultivo de estos queratinocitos transgénicos fueron utilizados como injertos, para cubrir en una extensión de 80%, la superficie del cuerpo del niño, demostrándose luego de un período de 21 meses la regeneración de la epidermis del niño y su adherencia a la dermis, al igual que la expresión de laminina normal.²

De igual forma, la edición genética mediante el sistema CRISPR/Cas9 del gen COL7A1, cuya expresión es anómala para el colágeno tipo VII en pacientes con epidermólisis ampollar distrófica recesiva, ha sido utilizada para corregir tal deficiencia en queratinocitos obtenidos de biopsias de piel de estos pacientes. El trasplante de estos queratinocitos corregidos en un modelo murino mostró reversión al fenotipo normal en comparación a los no corregidos, con una localización normal del colágeno.²

Tal como se ha señalado, un paso importante en la reparación de la piel dañada es la migración de los queratinocitos de la epidermis adyacente en la herida para promover regeneración epitelial o re-epitelización; sin embargo, este proceso es ineficiente en daños que generan  úlceras cutáneas grandes. Avances en la tecnología de reprogramación celular ha creado nuevas expectativas en la medicina regenerativa; la misma consiste en una reprogramación de genes y factores biológicos activos, como factores de transcripción y micro RNA  que se activan durante el desarrollo de células somáticas y están relacionados con la epigenética de la célula.⁶

En un trabajo reciente al comparar  los perfiles de expresión génica de queratinocitos humanos y de células mesenquimales (fibroblastos dérmicos humanos, hDF) reprogramadas, que se ha determinado su participación en la curación de heridas, se identificaron 55 factores de transcripción y 31 microRNAs que están potencialmente involucrados en la especificación de queratinocitos. En un análisis funcional posterior, luego de probar la combinación de distintos de estos factores de transcripción, los autores concluyeron que únicamente la combinación de solo 28 de ellos producía in vitro células parecidas a queratinocitos. El cultivo de estas células fue capaz de generar epitelio estratificado. Establecido la funcionabilidad de la combinación optima de los factores de reprogramación, se demostró que la reprogramación in vivo de las células progenitoras epidérmicas residentes en ulceras producidas en ratones generaban nuevas células epiteliales, que promovieron la rápida y eficiente epitelización de novo de la superficie de las úlcera; falta por determinar su efectividad en pruebas clínicas.⁷

Una de las lesiones más traumáticas sobre la piel son las quemaduras, las cuales producen la destrucción de la estructura de la piel y entre otras cosas, la perdida de las poblaciones celulares que son vitales para el proceso regenerativo de la misma y la recuperación de la estructura y funciones importantes de este órgano. El tratamiento de tales lesiones es a través de injertos de piel autóloga, cuya efectividad no siempre es totalmente efectiva y está limitado por los donantes de piel. Las terapias celulares han surgido como alternativas para el tratamiento y cicatrización de heridas por quemaduras y la regeneración de la piel. Aunque ha habido un gran progreso al respecto, hace falta un mayor número de evidencias clínicas a fin de determinar la eficacia y seguridad de estas terapias en el tratamiento de quemaduras.⁸

Como vemos, los programas de expresión génica específicos que rigen la formación de la piel, involucran mecanismos de señalización-factor de transcripción dependientes y mecanismos epigenéticos, al igual que la expresión de pequeños RNA. Dada la complejidad en la interacción de los diversos eventos regulatorios de redes genéticas y epigenéticas, la búsqueda en la  comprensión de cómo estos mecanismos reguladores funcionan concertadamente para coordinar la expresión de genes específicos, es muy importante para la modulación eficaz de la actividad de células madre y su destino, al igual que el entendimiento de la regeneración de tejido y tratamiento de muchos desordenes de la piel. En la era de la ingeniería de tejidos, el desarrollo de nuevos enfoques en la regeneración de órganos, y la manipulación del epigenóma mediante su edición con el sistema CRISP/Cas, es de vital importancia el entendimiento de estos eventos de regulación en la formación de la piel a fin de avanzar en el desarrollo y aplicabilidad de eficientes terapias celulares.

Alexis Mendoza-León, PhD. Email: [email protected]

Referencias

1. Petrof G et al. 2014. Cell therapy in dermatology. Cold Spring Harb Perspect Med 4:a015156. Doi: 10.1101/cshperspect.a015156
2. Mendoza-León. 2017. Epidermólisis ampollar  y la regeneración de la epidermis mediante terapia genética. https://piel-l.org/blog/46018
3. Chu G-J et al. 2018. Stem cell therapy on skin: Mechanisms, recent advances and drug reviewing issues. Journal of food and drug analysis 2 6:1 4 e2 0. https://doi.org/10.1016/j.jfda.2017.10.004
4. Li Z. and Maitz P. 2018. Cell therapy for severe burn wound healing. Burns & Trauma 6:13. https://doi.org/10.1186/s41038-018-0117-0
5. Sisakht MM et al. 2015. Skin Stem Cells in Skin Cell Therapy. J Skin Stem Cell. 2(4):e38698. doi: 10.17795/jssc38698     
6. Kwon D. et al. 2016. Reprogramming Enhancers in Somatic Cell Nuclear Transfer, iPSC Technology, and Direct Conversion. Stem Cell Rev and Rep. DOI 10.1007/s12015-016-9697-x
7. Kurita M et al. 2018. In vivo reprogramming of wound-resident cells generates skin epithelial tissue. Stem Cell Rev and Rep. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0477-4
8. Li Z. and Maitz P. 2018. Cell therapy for severe burn wound healing. Burns & Trauma 6:13. https://doi.org/10.1186/s41038-018-0117-0