viernes. 29.03.2024

Los científicos de la Facultad de Medicina de Harvard han logrado restablecer la visión en ratones retrasando el reloj de las células oculares envejecidas de la retina para recuperar la función genética juvenil.

El trabajo del equipo, descrito el 2 de diciembre en Nature, representa la primera demostración de que puede ser posible reprogramar con seguridad tejidos complejos, como las células nerviosas del ojo, a una edad más temprana.

Además de reajustar el reloj de envejecimiento de las células, los investigadores lograron revertir la pérdida de visión en animales con una condición que imita el glaucoma humano, una de las principales causas de ceguera en todo el mundo.

El logro representa el primer intento exitoso de revertir la pérdida de visión inducida por el glaucoma, en lugar de simplemente detener su progresión, dijo el equipo. Si esto se trabaja a través de más estudios, el enfoque podría allanar el camino para que las terapias promuevan la reparación de los tejidos en varios órganos y reviertan el envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad en los humanos.

"Nuestro estudio demuestra que es posible revertir de manera segura la edad de tejidos complejos como la retina y restaurar su función biológica juvenil", dijo el autor principal David Sinclair, profesor de genética del Instituto Blavatnik de la Facultad de medicina de Harvard, codirector del Centro Paul F. Glenn de investigación sobre la biología del envejecimiento del HMS y experto en envejecimiento.

Sinclair y sus colegas advierten que los hallazgos deben ser repetidos, incluso en diferentes modelos animales, antes de cualquier experimento con humanos. Sin embargo, agregan, los resultados ofrecen una prueba de concepto y un camino para diseñar tratamientos para un rango de enfermedades humanas relacionadas con la edad.

"Si se afirman a través de más estudios, estos hallazgos podrían ser transformadores para el cuidado de las enfermedades de la visión relacionadas con la edad, como el glaucoma, y para los campos de la biología y la terapéutica médica para las enfermedades en general", dijo Sinclair.

Trío de genes
Para su trabajo, el equipo utilizó un virus adeno-asociado (AAV) como vehículo para llevar a las retinas de los ratones tres genes restauradores de la juventud -Oct4, Sox2 y Klf4- que normalmente se activan durante el desarrollo embrionario. Los tres genes, junto con un cuarto, que no se utilizó en este trabajo, se conocen colectivamente como factores Yamanaka.

El tratamiento tuvo múltiples efectos beneficiosos en el ojo. En primer lugar, promovió la regeneración de los nervios tras una lesión del nervio óptico en ratones con nervios ópticos dañados. En segundo lugar, revirtió la pérdida de visión en animales con una condición que imitaba el glaucoma humano. Y tercero, revirtió la pérdida de visión en animales ancianos sin glaucoma.

El enfoque del equipo se basa en una nueva teoría sobre por qué envejecemos. La mayoría de las células del cuerpo contienen las mismas moléculas de ADN pero tienen funciones muy diversas. Para lograr este grado de especialización, estas células deben leer sólo los genes específicos de su tipo. Esta función reguladora es el ámbito del epigenoma, un sistema de activación y desactivación de los genes en patrones específicos sin alterar la secuencia básica de ADN subyacente del gen. 

Esta teoría postula que los cambios en el epigenoma a lo largo del tiempo hacen que las células lean los genes equivocados y que el mal funcionamiento dé lugar a enfermedades de envejecimiento. Uno de los cambios más importantes del epigenoma es la metilación del ADN, un proceso por el cual los grupos metilo se fijan al ADN. Los patrones de metilación del ADN se establecen durante el desarrollo embrionario para producir los diversos tipos de células. Con el tiempo, los patrones juveniles de metilación del ADN se pierden, y los genes del interior de las células que deberían estar activados se desactivan y viceversa, lo que da lugar a un deterioro de la función celular. Algunos de estos cambios en la metilación del ADN son predecibles y se han utilizado para determinar la edad biológica de una célula o un tejido.

Sin embargo, aún no está claro si la metilación del ADN provoca cambios relacionados con la edad en el interior de las células. En el estudio actual, los investigadores han formulado la hipótesis de que si la metilación del ADN controla, de hecho, el envejecimiento, entonces borrar algunas de sus huellas podría revertir la edad de las células dentro de los organismos vivos y restaurarlas a su estado más temprano y juvenil.

Los trabajos anteriores habían logrado esta hazaña en células cultivadas en platos de laboratorio, pero no lograron demostrar el efecto en los organismos vivos. Los nuevos hallazgos demuestran que el enfoque podría ser utilizado en animales también.

Superando un importante obstáculo
El autor principal del estudio, Yuancheng Lu, becario de investigación en genética en el HMS y ex-estudiante de doctorado en el laboratorio de Sinclair, desarrolló una terapia genética que podría revertir con seguridad la edad de las células en un animal vivo.

El trabajo de Lu se basa en el descubrimiento, ganador del Premio Nobel, de Shinya Yamanaka, quien identificó los cuatro factores de transcripción, Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc, que podrían borrar los marcadores epigenéticos de las células y devolverlas a su estado embrionario primitivo a partir del cual pueden desarrollarse en cualquier otro tipo de célula.

Sin embargo, estudios posteriores mostraron dos importantes retrocesos. En primer lugar, cuando se utiliza en ratones adultos, los cuatro factores Yamanaka también podrían inducir el crecimiento de un tumor, lo que hace que el enfoque sea inseguro. En segundo lugar, los factores podrían restablecer el estado celular al estado celular más primitivo, borrando así completamente la identidad de una célula.

Lu y sus colegas sortearon estos obstáculos modificando ligeramente el enfoque. Dejaron caer el gen c-Myc y entregaron sólo los tres genes Yamanaka restantes, Oct4, Sox2 y Klf4.  El enfoque modificado revirtió con éxito el envejecimiento celular sin alimentar el crecimiento del tumor o perder su identidad.

La terapia genética aplicada a la regeneración del nervio óptico
En el presente estudio, los investigadores se centraron en las células del sistema nervioso central porque es la primera parte del cuerpo afectada por el envejecimiento. Después del nacimiento, la capacidad del sistema nervioso central para regenerarse disminuye rápidamente.

La retina aplanada aparece como una hoja de trébol en azul y verde
La retina de un ratón después de recibir la terapia del gen OSK. Imagen: Yuancheng Lu
Para probar si la capacidad regenerativa de los animales jóvenes podría ser impartida a los ratones adultos, los investigadores entregaron la combinación modificada de tres genes a través de un AAV en las células del ganglio retinal de los ratones adultos con lesión del nervio óptico.

Para el trabajo, Lu y Sinclair se asociaron con Zhigang He, profesor de neurología y oftalmología del Hospital Infantil de Boston, que estudia la neuro-regeneración del nervio óptico y la médula espinal.

El tratamiento dio como resultado que se duplicara el número de células de ganglios retinianos sobrevivientes después de la lesión y que se quintuplicara el crecimiento de los nervios.

"Al principio de este proyecto, muchos de nuestros colegas dijeron que nuestro enfoque fallaría o sería demasiado peligroso para ser usado alguna vez", dijo Lu. "Nuestros resultados sugieren que este método es seguro y podría potencialmente revolucionar el tratamiento del ojo y muchos otros órganos afectados por el envejecimiento."

La reversión del glaucoma y la pérdida de visión relacionada con la edad
Tras los alentadores hallazgos en ratones con lesiones del nervio óptico, el equipo se asoció con los colegas del Instituto de Investigación Ocular Schepens de Massachusetts Bruce Ksander, profesor adjunto de oftalmología del HMS, y Meredith Gregory-Ksander, profesora adjunta de oftalmología del HMS. Planearon dos conjuntos de experimentos: uno para probar si el cóctel de tres genes podría restaurar la pérdida de visión debido al glaucoma y otro para ver si el enfoque podría revertir la pérdida de visión derivada del envejecimiento normal.

En un modelo de glaucoma en un ratón, el tratamiento condujo a un aumento de la actividad eléctrica de las células nerviosas y a un notable incremento de la agudeza visual, medida por la capacidad de los animales para ver las líneas verticales en movimiento en una pantalla. Sorprendentemente, lo hizo después de que la pérdida de visión inducida por el glaucoma ya había ocurrido.

"El restablecimiento de la función visual después de que se produjo la lesión rara vez ha sido demostrado por los científicos", dijo Ksander. "Este nuevo enfoque, que revierte con éxito las múltiples causas de la pérdida de visión en ratones sin necesidad de un transplante de retina, representa una nueva modalidad de tratamiento en la medicina regenerativa".

El tratamiento funcionó de manera similar en ratones ancianos de 12 meses con disminución de la visión debido al envejecimiento normal. Después del tratamiento de los ratones ancianos, los patrones de expresión génica y las señales eléctricas de las células del nervio óptico fueron similares a los de los ratones jóvenes, y la visión fue restaurada.

Cuando los investigadores analizaron los cambios moleculares en las células tratadas, encontraron patrones invertidos de metilación del ADN, una observación que sugiere que la metilación del ADN no es un mero marcador o un espectador en el proceso de envejecimiento, sino más bien un agente activo que lo impulsa.

"Lo que esto nos dice es que el reloj no sólo representa el tiempo, sino que es el tiempo", dijo Sinclair. "Si le das cuerda a las manecillas del reloj, el tiempo también retrocede."

Los investigadores dijeron que si sus hallazgos se confirman en más trabajos con animales, podrían iniciar ensayos clínicos en un plazo de dos años para probar la eficacia del enfoque en personas con glaucoma. Hasta el momento, los hallazgos son alentadores, según los investigadores. En el estudio actual, un tratamiento de un año de duración en todo el cuerpo de ratones con el enfoque de tres genes no mostró efectos secundarios negativos.

Financiación y divulgaciones relevantes
David Sinclair es consultor, inventor de patentes con licencia, miembro de la junta directiva y propietario de acciones de Iduna Therapeutics, una empresa de biociencias de la vida que desarrolla terapias de reprogramación epigenética, y consultor no remunerado de Zymo Research, una empresa de herramientas epigenéticas. Yuancheng Lu, Luis Rajman y Steve Horvath son propietarios de Iduna Therapeutics. George Church y Noah Davidsohn son cofundadores de Rejuvenate Bio. 

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