El grupo de investigación, que está desarrollando estrategias para diferenciar células madre inducidas de pacientes a hepatocitos, ha descrito esta herramienta que permite establecer cuán lejos se ha alcanzado ese grado de diferenciación.

Es posible generar células pluripotentes inducidas (iPSC) de un paciente que posteriormente son diferenciadas a hepatocitos mediante el uso de factores de transcripción y medios de cultivo específicos. Este proceso de diferenciación, aunque guiado por una serie de principios generales, se lleva a cabo con un elevado grado de empirismo y de acierto/error por los diferentes grupos de investigación. Poder medir cuan diferenciadas están dichas células, es decir, cuanto de hepatocitos tienen y en qué medida son comparables a los hepatocitos del hígado, y así poder guiar el proceso de diferenciación, ha sido el objetivo que estaba detrás del singular trabajo.

La investigación ha sido llevada a cabo por los investigadores de la Unidad Mixta de Investigación UV-IIS La Fe, integrados en el CIBEREHD, e investigadores de la Universidad de Lovaina, en el marco del Proyecto Europeo EuToxRisk, y que por su originalidad ha merecido ser la portada de tan prestigiosa revista. En dicho trabajo se aplica, por primera vez, la metabolómica (el estudio global del conjunto de los metabolitos de una célula) para monitorizar, en qué medida las células madre pluripotentes se han diferenciado a hepatocitos y cuál es su grado de diferenciación, al compararlo con el de hepatocitos adultos.

 La metabolómica, una herramienta muy potente

La metabolómica por espectrometría de masas (UPLC-MS) tiene la notable capacidad de medir con precisión cientos de metabolitos de las células y de esa manera poder compararlos con los que debiera tener un hepatocito diferenciado.

«La idea es conceptualmente simple», señala José V. Castell, iniciador de la idea, «analizamos el conjunto de los metabolitos presente en la célula madre, y a medida que avanza el proceso de diferenciación, para compararlos con los que tiene un hepatocito adulto. De esa comparación puede establecerse en qué medida la célula diferenciada expresa las funciones y se comporta como un hepatocito adulto, y todo ello puede ser expresado con un número representativo».

«Este trabajo ha requerido el desarrollo de un considerable número de estrategias analíticas y bioinformáticas muy innovadoras para poder cuantificar con precisión los cambios en el metaboloma y su relevancia metabólica», ha señalado Marta Moreno, primera firmante del trabajo. Por su parte, Guillermo Quintas, experto en espectrometría de masas, ha señalado «el reto personal creativo que ha supuesto el manejo de una ingente cantidad de información, y su elaboración, para que su interpretación fuera útil e intuitiva», «de tal manera que la herramienta permita a partir de ahora el que se pueda evaluar y optimizar las estrategias de diferenciación con un criterio cuantitativo» señaló Laia Tolosa coautora del trabajo.

La originalidad y novedad de esta estrategia, despertó el interés de los editores del Journal of Proteome Research que seleccionaron este trabajo para la portada de un número especial sobre nuevas aplicaciones de la metabolómica. Uno de los autores del trabajo, el estudiante de doctorado del Departamento de Bioquímica de la U de Valencia, Guillem García, es el autor de la composición gráfica de la portada que ha recibido la distinción de tan prestigiosa revista. La estética, simplicidad y composición de la figura ha recibido el beneplácito unánime. «Ha sido para mí una inyección de satisfacción autoestima y estímulo para mi carrera investigadora».

Hepatocitos de pacientes, obtenidos por reprogramación celular

La Unidad Mixta Universidad de Valencia-IIS La Fe de Hepatología Experimental y Trasplante Hepático tiene un largo recorrido y reconocimiento internacional en el estudio de la hepatotoxicidad de medicamentos. Muchos de los acontecimientos tóxicos lo son de naturaleza idiosincrática, y, por lo tanto, muy dependientes del individuo.

Disponer de un modelo celular de hepatocitos de ese determinado paciente que haya sufrido un episodio de hepatotoxicidad sería definitivo, pero la accesibilidad a hepatocitos del paciente (por ejemplo, a través de una biopsia) no es ética ni clínicamente realizable en estos pacientes. De esta manera, en la Unidad se han explorado diversas vías para generar hepatocitos a partir de otras células somáticas, más fácilmente accesibles del paciente: la generación de iPSC y su ulterior diferenciación a hepatocitos, o su reprogramación directa. Para guiar el proceso de diferenciación y saber cuán diferenciados están estos hepatocitos reprogramados es para lo que la herramienta descrita por los autores representa un paso adelante muy relevante.

mayo 19/2022 (Dicyt)

Referencia:

Moreno-Torres M., Kumar M., García-Llorens G., Quintás G., Tricot T. , Boon R., Tolosa L., Toprakhisar B.,  Chesnais F., Verfaillie C., and Castell J.V.: A Novel UPLC-MS Metabolomic Analysis-Based Strategy to Monitor the Course and Extent of iPSC Differentiation to Hepatocytes. J. Proteome Res. 2022, 21, 3, 702–712. January 4, 2022. https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.1c00779

Algunos hepatocitos, que representan un 20 % del total, se especializan en almacenar cuerpos lipídicos como parte de una estrategia de protección que permite garantizar al resto del tejido hepático un aporte adecuado de lípidos sin la necesidad de exponerse a la toxicidad que implican las grasas, según sugiere una investigación realizada por un grupo de nueva creación del Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer (Idibaps-Hospital Clínico de Barcelona), que dirige Albert Pol.

Los resultados de esta línea de trabajo del Grupo de Transporte de Lípidos y Metabolismo han dado lugar a dos artículos publicados en las revistas «Current Biology» y «Journal of Cell Biology», que aportan nuevas pistas que ayudan a comprender mejor el proceso de biogénesis de los cuerpos lipídicos y la importancia de este proceso para mantener el equilibrio y el buen funcionamiento celular.

En el primero de los estudios, realizado en colaboración con la Universidad de Queensland, en Brisbane (Australia), con una avanzada técnica de microscopia denominada tomografía electrónica, ha evidenciado que no todos las células del hígado acumulan lípidos de forma semejante sino que hay algunas de ellas que acumulan más cuerpos lipídicos que las demás, lo que protegería al resto de la lipotoxicidad.

Pol ha explicado a Diario Médico que estas células tienen una función dentro del hígado equiparable a la del tejido adiposo en el cuerpo humano, es decir, sirven de almacén y ponen los lípidos que acumulan -que son indispensables para la vida pero muy tóxicos en exceso- a disposición de las demás células.

Los cuerpos lipídicos están presentes en todas las células del organismo y tienen un papel importante en ciertas funciones como la producción de energía en los adipocitos y las células musculares; de lipoproteínas y cuerpos cetónicos en las células hepáticas; de leche en las glándulas mamarias y de hormonas esteroideas en las células esteroidogénicas, entre otras. No obstante, el proceso de biogénesis de este orgánulo aún plantea muchas incógnitas para la ciencia.

El segundo estudio de este grupo de trabajo, realizado en colaboración con la Universidad de Queensland, en Brisbane (Australia), y la Universidad de California (Estados Unidos) ha observado que, en determinados puntos del retículo endoplasmático, se detectan cuerpos lipídicos de nueva formación que se aprecian como pequeñas protuberancias en la bicapa lipídica y que, al exponer a la célula a una sobrecarga de lípidos, se puede observar cómo se dirigen de forma rápida hacia dichos puntos.

Una de las principales aportaciones de este trabajo es que pone sobre la mesa el papel que desempeña la enzima Acyl-CoA sintetasa 3 (ACSL3) en el proceso de biogénesis de los cuerpos lipídicos, ya que han podido comprobar que se trata de la primera enzima que llega al lugar en el que más tarde se forman los cuerpos lipídicos. Ha comprobado asimismo que, en ausencia de esta molécula, las células expuestas a una elevada concentración lipídica acumulaban significativamente menos grasas respecto a las que tiene ACSL3. Esto podría tener implicaciones para la investigación sobre trastornos como la obesidad, la arterioesclerosis o la diabetes.
enero 8/2014 (Diario Médico)

Albert Herms, Marta Bosch, Nicholas Ariotti, Babu J.N. Reddy, Alba Fajardo, Andrea Fernández-Vidal, et. al. Cell-to-Cell Heterogeneity in Lipid Droplets Suggests a Mechanism to Reduce Lipotoxicity. Current Biology 2014; 23(19) pp. 1952 – 1957.

Adam Kassan, Albert Herms, Andrea Fernández-Vidal, Marta Bosch, Nicole L. Schieber, Babu J.N. Reddy, et. al. Acyl-CoA synthetase 3 promotes lipid droplet biogenesis in ER microdomains. J Cell Biol 2013 203:985-1001, doi:10.1083/jcb.201305142.

Cuando el hígado está enfermo produce demasiadas células del conducto biliar, pero no suficientes hepatocitos, otra clase de células que desintoxican este órgano y que son responsables de la reparación de su tejido dañado.

Según un equipo científico del Centro de Medicina Regenerativa (CMR) de esa universidad, sería posible desarrollar un medicamento que promueva la creación de hepatocitos en lugar de las células del conducto biliar, y que serviría para tratar dolencias como la cirrosis o la hepatitis crónica.

En su estudio, los expertos lograron aumentar la producción de hepatocitos al alterar la expresión de algunos genes en células del hígado que se encontraban en etapas tempranas de su desarrollo.

Los investigadores esperan que, a largo plazo, su descubrimiento contribuya a aligerar las listas de espera para los trasplantes de hígado.

En el Reino Unido, las enfermedades hepáticas son la quinta causa de muerte y en la actualidad medio millar de pacientes aguardan un trasplante, en comparación con hace cinco años, cuando la lista de espera alcanzaba los trescientos, según cifras facilitadas por la Universidad de Edimburgo.

«Los trasplantes de hígado han salvado incontables vidas a lo largo de los años, pero a largo plazo la demanda superará inevitablemente la provisión de estos órganos. Es necesario centrarnos en el potencial regenerativo del cuerpo humano», afirmó el jefe de medicina regenerativa del CMR, Rob Buckle.

En la investigación participaron además el Instituto Beatson de Investigación del Cáncer (Glasgow) y la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica).
marzo 5/2012  (EFE)

Tomado del Boletín de Prensa Latina: Copyright 2012 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.»

Luke Boulter, Olivier Govaere, Tom G Bird, Sorina Radulescu,  Prakash Ramachandran,  et. al.  Macrophage-derived Wnt opposes Notch signaling to specify hepatic progenitor cell fate in chronic liver disease. Nature Medicine, publicado marzo 4/2012.

Según explica Vicente Felipo, investigador principal del Laboratorio de Neurobiología del CIPF, “tras el análisis de las alteraciones que hay en el cerebro, hemos comprobado que estas alteraciones son distintas en distintas áreas y que van progresando, lo cual quiere decir que dependiendo de en qué fase se encuentre el paciente, el tratamiento tendrá que ser uno u otro”.

Asimismo, otra contribución importante consiste en que los investigadores han descubierto que las alteraciones tempranas no ocurren en la corteza cerebral como se creía hasta el momento, sino en otras áreas. Como apunta Felipo, “esto quiere decir que para evaluar qué le está pasando a un paciente, habrá que examinar antes otras áreas cerebrales”.

El artículo fue publicado en la revista Gastroenterology (doi:10.1053/j.gastro.2010.10.043), donde se exponen el orden y los detalles de las alteraciones cerebrales ocasionadas por el fallo hepático agudo.

La investigación se llevó a cabo en modelos animales con fallo hepático agudo, y en él se realizaron estudios de resonancia magnética con los que se analizaron 19 áreas cerebrales distintas.

Hasta el momento, se conocía que la causa del fallecimiento de algunos pacientes con fallo hepático agudo era un aumento de la presión intracraneal. Además, estudios anteriores apuntaban la existencia de un “edema citotóxico”, es decir, un aumento del volumen de los astrocitos que se producía en las etapas finales. Sin embargo, no se conocían con exactitud ni los mecanismos ni el orden de los factores que conducen a ese aumento de la presión intracraneal tal que conlleva la muerte.

Los investigadores del CIPF descubrieron que, antes del edema citotóxico, ocurren otras alteraciones como la permeabilización de la barrera hematoencefálica, fenómeno que conduce a un “edema vasogénico”. Como apunta Felipo, “en el edema vasogénico, que nosotros hemos visto que ocurre antes, el agua se acumula fuera de las células, y no dentro como ocurre con el edema citotóxico, y esto es importante a la hora del tratamiento, ya que no se tratan del mismo modo”. Así pues, en la investigación llevada a cabo se ha descubierto que durante la progresión del fallo hepático, las alteraciones cerebrales tempranas incluyen estas alteraciones en la barrera hematoencefálica.

Los científicos también determinaron que los mecanismos de las alteraciones son diferentes en las diferentes áreas cerebrales, ya que en algunas áreas está presente el edema vasogénico identificado y en otras no.

Otra contribución importante del artículo se basa en que, hasta el momento, la mayoría de estudios se centraban en la corteza frontal, y como señala Felipo “nosotros hemos visto que la corteza frontal es precisamente el área que se altera más tarde; y al mirar en otras áreas hemos descubierto que el cerebelo y el hipotálamo son algunas de las zonas del cerebro que se alteran más tempranamente”.

En una fase más tardía, conforme va progresando el fallo hepático, van aumentando más los niveles de amonio y de glutamina en el cerebro. Como señala Felipo, “este aumento de amonio es el que hace que después se produzca acumulación de agua dentro de las células y por tanto un edema citotóxico; pero en cualquier caso esto ocurre más tarde, cuando la presión intracraneal ya ha aumentado por los otros efectos descritos anteriormente”.

El objetivo de este estudio consiste en conseguir identificar los mecanismos y las zonas dañadas para contribuir a tratamientos más específicos y dirigidos que podrían alargar la supervivencia del paciente. En este sentido, Felipo afirma que “los estudios realizados implican que en una fase más temprana, lo primordial sería tratar el edema vasogénico, y en una fase más tardía habría que tratar el edema citotóxico, cada parte mediante procedimientos distintos”.

El avance en el conocimiento de los mecanismos del fallo hepático agudo contribuye a la aplicación clínica, ya que si se aumentan las posibilidades de supervivencia, hay más tiempo para lograr que el hígado se regenere por sí mismo (el hígado es el único órgano con capacidad para autoregenerarse); o para localizar un hígado adecuado y compatible para el trasplante en los casos en los que el trasplante es el único tratamiento posible.

Según Felipo, “la aplicación terapéutica de nuestro estudio es directa, debido a que va dirigida a la clínica y a los pacientes. Cualquier hallazgo que sea capaz de conseguir que el paciente sobreviva más tiempo al fallo hepático agudo ofrece más posibilidades para el tratamiento, ya sea la regeneración del hígado o el trasplante”.

El Laboratorio de Neurobiología del CIPF cuenta con una extensa experiencia en el estudio del fallo hepático agudo y crónico, y en los mecanismos dirigidos a aumentar la supervivencia e identificar los mecanismos y posibles tratamientos de estas dolencias.

Valencia, marzo 28, 2011 Noticias Médicas
Nota: los usuarios del dominio *.sld.cu, tienen acceso al texto completo (pdf) de este artículo en Hinari

Gastroenterology: Brain Region-Selective Mechanisms Contribute to the Progression of Cerebral Alterations in Acute Liver Failure in Rats Original Research Article
Volume 140, Issue 2, February 2011, Pages 638-645