Células madre y genómica: avances en medicina de precisión y terapias regenerativas

La convergencia de la genómica y la biotecnología ha abierto nuevas vías para la medicina de precisión y las terapias regenerativas, transformando la comprensión y el tratamiento de enfermedades. En este contexto, las células madre, las "células maestras" del cuerpo, desempeñan un papel fundamental debido a su capacidad única de auto-renovación y diferenciación en diversos tipos celulares. A continuación, exploraremos en profundidad la información sobre laboratorios, genómica y células madre.

¿Qué son las células madre y por qué son importantes?

Las células madre son un tipo especial de células que tienen dos propiedades importantes. Pueden producir más células como ellas, es decir, se renuevan por sí solas. Además, pueden convertirse en otras células que hacen cosas diferentes en un proceso que se conoce como diferenciación. Se encuentran en casi todos los tejidos del cuerpo y se necesitan para el mantenimiento de los tejidos y para repararlos después de una lesión. Según la ubicación de las células madre, pueden convertirse en diferentes tejidos. Por ejemplo, las células madre hematopoyéticas residen en la médula ósea y pueden producir todas las células que trabajan en la sangre. Las células madre también pueden convertirse en neuronas cerebrales, células del músculo cardíaco, células óseas u otros tipos de células.

Los investigadores están estudiando las células madre para comprender mejor cómo se presentan las enfermedades, generar células sanas para reemplazar las células afectadas por la enfermedad (medicina regenerativa) y probar la seguridad y eficacia de nuevos medicamentos. Las células madre pueden ser orientadas para convertirse en células específicas que se pueden usar en personas para regenerar y reparar tejidos que la enfermedad dañó o afectó. Entre las personas que podrían beneficiarse de tratamientos con células madre se incluye a aquellas con leucemia, enfermedad de Hodgkin, linfoma no hodgkiniano y algunos tipos de cáncer de tumor sólido, así como aquellas con anemia aplásica, inmunodeficiencias y afecciones hereditarias del metabolismo. Las células madre se están estudiando para tratar la diabetes tipo 1, la enfermedad de Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica, la insuficiencia cardíaca, la osteoartritis y otras afecciones. Estas células pueden tener el potencial de crecer hasta convertirse en tejido nuevo para su uso en trasplantes y medicina regenerativa.

Tipos de células madre y sus orígenes

Hay diversos tipos de células madre, cada una con características y usos específicos:

• Células madre embrionarias: Se obtienen de embriones que tienen entre 3 y 5 días de edad, en la etapa de blastocisto. Son pluripotentes, lo que significa que pueden dividirse en más células madre o convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo, permitiendo su uso para regenerar o reparar tejidos y órganos afectados por una enfermedad.
• Células madre adultas: Estas células se encuentran en pequeñas cantidades en la mayoría de los tejidos adultos, como la médula ósea o la grasa. Tienen una capacidad más limitada para generar diferentes células del cuerpo en comparación con las embrionarias.
• Células adultas modificadas (células madre pluripotentes inducidas): Los científicos han transformado células adultas normales en células madre mediante la reprogramación genética. Al modificar los genes de las células adultas, los investigadores pueden hacer que las células actúen de manera similar a las células madre embrionarias. Con esta nueva técnica, se podrían usar células reprogramadas en lugar de células madre embrionarias y prevenir el rechazo del sistema inmunitario a las nuevas células madre.
• Células madre perinatales: Los investigadores han descubierto células madre en el líquido amniótico, así como en la sangre del cordón umbilical. Estas células madre pueden convertirse en células especializadas.

Controversias y desafíos de las células madre embrionarias

Debido a que las células madre embrionarias humanas se extraen de embriones humanos, se han planteado varias preguntas en torno a la ética de la investigación con células madre embrionarias. Los Institutos Nacionales de Salud crearon pautas para la investigación con células madre humanas en el 2009. Las pautas definen a las células madre embrionarias y cómo pueden usarse en la investigación, e incluyen recomendaciones para la donación de células madre embrionarias. Además, establecen que las células madre embrionarias de embriones creados mediante fertilización in vitro solo se pueden usar cuando el embrión ya no se necesita. Estos embriones provienen de óvulos que fueron fertilizados en clínicas de fertilización in vitro, pero que nunca fueron implantados en el útero de una mujer. Las células madre se donan con el consentimiento informado de los donantes.

Aunque la investigación sobre células madre adultas es prometedora, las células madre adultas podrían no ser tan versátiles y duraderas como las células madre embrionarias. Es posible que las células madre adultas no puedan ser manipuladas para producir todo tipo de células, lo que limita la manera en que se pueden utilizar las células madre adultas para tratar enfermedades. Las células madre adultas también son más propensas a tener irregularidades debido a peligros ambientales, como toxinas, o por errores adquiridos por las células durante la duplicación.

Medicina Regenerativa: Terapias con Células Madre

La terapia con células madre, también conocida como medicina regenerativa, promueve la reparación de tejidos afectados por la enfermedad, disfuncionales o lesionados mediante el uso de células madre o sus derivados. Es el próximo capítulo en el trasplante de órganos y usa células en lugar de órganos de donantes, cuyo suministro es limitado. Los investigadores desarrollan células madre en un laboratorio. Estas células madre se manipulan para que se conviertan en tipos específicos de células, como células sanguíneas, nerviosas o del músculo cardíaco. Luego se puede implantar dichas células en una persona. Por ejemplo, si la persona tiene enfermedad cardíaca, las células podrían inyectarse en el músculo cardíaco. Las células sanas trasplantadas de músculo cardíaco podrían entonces ayudar a reparar el músculo cardíaco dañado.

Los médicos han realizado trasplantes de células madre, que también se conocen como trasplantes de médula ósea, durante muchas décadas. En estos trasplantes de células madre hematopoyéticas, las células madre reemplazan a las células dañadas por la quimioterapia o la enfermedad, o permiten que el sistema inmunitario del donante combata ciertos tipos de cáncer y enfermedades relacionadas con la sangre. La leucemia, el linfoma, el neuroblastoma y el mieloma múltiple suelen tratarse de esta forma. Estos trasplantes usan células madre adultas o sangre del cordón umbilical. Los investigadores están probando células madre adultas para tratar otras afecciones, que incluyen algunas enfermedades degenerativas, como la insuficiencia cardíaca.

Terapias con Plasma Rico en Plaquetas (PRP)

En Clínicas Cres, somos expertos en la aplicación de Terapias con Plasma Rico en Plaquetas (PRP), una técnica regenerativa que utiliza el poder curativo de tu propia sangre. Los resultados de los tratamientos con PRP son progresivos y naturales. En Clínicas Cres, la seguridad del paciente es nuestra máxima prioridad. Todos nuestros tratamientos de Medicina Regenerativa, incluyendo el PRP, se realizan siguiendo protocolos estrictos y utilizando equipos de última generación.

Tecnologías de Secuenciación Genómica

Brindamos acceso a soluciones confiables, seguras y efectivas mediante el uso de tecnologías de secuenciación de próxima generación del genoma humano, para habilitar la Medicina de Precisión a profesionales de la salud e individuos, en el diagnóstico y descubrimiento de biomarcadores, para el tratamiento de enfermedades crónicas/raras y cáncer, ofreciendo el más alto nivel de flexibilidad y personalización de acuerdo a sus necesidades.

Secuenciación de Próxima Generación (NGS)

La secuenciación de próxima generación (NGS), permite una mejor comprensión de las enfermedades genéticas y se ha convertido en un avance tecnológico significativo en la práctica de la medicina diagnóstica y clínica. NGS permite el análisis de múltiples regiones del genoma en una sola reacción y se ha demostrado que es una herramienta rentable y eficiente en la investigación de pacientes con enfermedades genéticas.

La tecnología NGS tiene alta velocidad y rendimiento, tanto datos de secuencia cuantitativa como cualitativa, equivalentes a los datos del proyecto del genoma humano, en 10-20 días. Se emplean numerosos métodos diferentes en los que se está aplicando NGS para identificar la variante genética causal en las enfermedades raras. Hay un número creciente de informes que identifican las variantes causales de las enfermedades. Se han identificado más de 100 genes causantes en diversas enfermedades mendelianas mediante el método de secuenciación del exoma. Además del descubrimiento de genes de enfermedades que son dominantes y recesivas, WES se ha aplicado para determinar mutaciones somáticas en tumores y mutaciones raras con efecto moderado en trastornos comunes, así como diagnósticos clínicos.

Genómica del Cáncer

Dado que el cáncer es una enfermedad genética causada por mutaciones hereditarias o somáticas, las nuevas tecnologías de secuenciación del ADN tendrán un efecto significativo en la detección, gestión y tratamiento de la enfermedad. Brindamos servicios de secuenciación en plataformas de secuenciación de última generación (NGS) de última generación, incluidas las plataformas tecnológicas propietarias que ofrecen datos de calidad a precios inigualables para una amplia variedad de servicios de secuenciación y aplicaciones clínicas.

Tomemos como ejemplo el HER2, una forma muy agresiva de cáncer de mama (12-20% de todos los cánceres de mama): cuando el receptor HER2 es predominante, hace que las células cancerosas proliferen. Una biopsia temprana del tumor mostrará la sobreexpresión de esta proteína. Por tanto, los médicos pueden administrar un tratamiento anti-HER2 para maximizar las posibilidades de curar la enfermedad. Las pruebas BRAF se realizan para buscar cambios genéticos en los tumores (alteraciones genómicas) que están presentes en algunos tipos de cáncer, como el melanoma metastásico, el cáncer de pulmón y el cáncer de colon, entre otros. Si es positiva, la presencia de una mutación BRAF puede ayudar a orientar el tratamiento (como los medicamentos que se dirigen a las mutaciones BRAF), estimar el pronóstico, etc. La prueba puede realizarse mediante diferentes técnicas, como la inmunohistoquímica o el perfil genético completo, y puede hacerse en una muestra del tumor o mediante un análisis de sangre (biopsia líquida).

Secuenciación de células individuales

La secuenciación de células individuales es una nueva tecnología para amplificar y secuenciar el ADN / ARN a nivel de células individuales. Los poderosos análisis bioinformáticos nos permiten obtener información sobre la heterogeneidad célula-célula, la diferencia de población celular y la evolución celular. La genómica unicelular ayudará a descubrir relaciones de linaje celular; la transcriptómica de una sola célula suplantará la noción aproximada de tipos de células basadas en marcadores.

Expresión Genética de Células Individuales

Vamos más allá del análisis tradicional de expresión génica para caracterizar las poblaciones celulares, los tipos celulares, los estados celulares y más, célula por célula. Desde la evaluación de la heterogeneidad tumoral y la composición de células madre, hasta la disección de poblaciones neuronales: los avances tecnológicos proporcionados por la solución de expresión génica de células individuales de cromo, junto con herramientas de software llave en mano, permiten la creación de bibliotecas de alta complejidad a partir de células individuales para maximizar el conocimiento de cualquier tipo de muestra.

Solución de Perfil Inmune de células individuales

Con nuestros flujos de trabajo simplificados, se puede pasar de la preparación de la muestra a la biblioteca, la secuenciación inmune y el análisis de software, revelando información sobre la diversidad de células T y B, la recombinación V (D) J y el perfil de células inmunes. Desde la investigación en inmunología e inmuno-oncología hasta la investigación de enfermedades infecciosas y más, estas soluciones acelerarán la comprensión del sistema inmunitario adaptativo.

Edición Genética con CRISPR-Cas

Participamos activamente en el desarrollo de plataformas CRISPR que utilizan la edición de genes; un enfoque revolucionario para el desarrollo de medicamentos. CRISPR (pronunciado "crispier") es un acrónimo para "Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas, regularmente espaciadas" y se refiere a una tecnología de edición de genes recientemente desarrollada, que puede revisar, eliminar y reemplazar el ADN de una manera altamente precisa. CRISPR es una herramienta dinámica y versátil, que nos permite acceder y editar casi cualquier secuencia en el genoma y tiene el potencial de ayudarnos a desarrollar medicamentos para personas con una amplia variedad de enfermedades. Vemos CRISPR como una tecnología de "plataforma" con capacidad para editar al ADN en cualquier célula o tejido.

Historia y funcionamiento de CRISPR

La historia de CRISPR comienza a finales de los años 80 en el laboratorio de Yoshizumi Ishino de la Universidad de Osaka. Ishino y su equipo describieron por primera vez unas secuencias repetidas muy características (los locus CRISPR) en el genoma de Escherichia coli. Poco después, en 1993, el equipo de investigadores dirigido por el microbiólogo alicantino Francisco Juan Martínez Mojica identificó (de forma independiente) estas secuencias repetidas en una arquea, Haloferax mediterranei. Diferentes grupos de investigadores, incluido el equipo de Mojica, continuaron investigando las secuencias repetidas y las identificaron en múltiples grupos de bacterias y arqueas, además de en el genoma mitocondrial.

Poco después del descubrimiento de las secuencias CRISPR, diferentes equipos de investigadores encontraron que ciertos espaciadores de estas secuencias derivan de virus bacteriófagos o plásmidos. En ese momento, el grupo de Mojica sugirió que las secuencias CRISPR podían formar parte de algún tipo de “sistema inmunitario adaptativo” propio de los organismos unicelulares, como bacterias y arqueas.

A principios del siglo XXI, múltiples equipos de investigadores intentaron descifrar los mecanismos moleculares relacionados con las secuencias CRISPR, con el objetivo de determinar cuál era realmente su función. En primer lugar, el sistema identifica el ADN exógeno y lo incluye en su “batería” de espaciadores. Las proteínas encargadas de este primer paso son Cas1 y Cas2, proteínas capaces de identificar las secuencia de ADN exógeno, normalmente provenientes de virus bacteriófagos. En segundo lugar, el sistema CRISPR identifica el ADN de un virus que ya ha infectado previamente un organismo unicelular y lo corta mediante una endonucleasa, para evitar una nueva infección. Para ello, el organismo sintetiza múltiples cadenas de ARN a partir del locus CRISPR y las proteínas cas lo separan en pequeñas moléculas de ARN con la información de un espaciador (denominadas ARNcr). Estos ARNcr se asocian a diferentes proteínas Cas y se unen al ADN del fago, interfiriendo en su ciclo de replicación.

Aplicaciones y avances de CRISPR-Cas

La verdadera “revolución CRISPR” comenzó en el inicio del siglo XXI. Se trata de un método de edición del genoma basado en CRISPR que se fundamenta en la acción de Cas9 como nucleasa. En primer lugar, el ARN guía posiciona la proteína Cas9 en el sitio de la secuencia que se haya elegido para el corte. Cas9 corta la doble cadena y, posteriormente, los mecanismos de reparación del ADN se encargan de reparar el corte. Si no se proporciona un ADN molde con la secuencia que queremos, los mecanismos de reparación por extremos homólogos no siempre funcionan perfectamente, y es habitual que las cadenas de ADN pierdan alguna base.

Las herramientas CRISPR-Cas se han convertido en una tecnología muy prometedora para la edición genética capaz de editar, corregir y alterar el genoma y el epigenoma de una manera fácil, rápida, barata y altamente precisa. Uno de los hitos más importantes fue la aprobación de la primera terapia basada en CRISPR en 2023, para el tratamiento de enfermedades hematológicas como la anemia falciforme y la beta-talasemia. Otro avance destacado ha sido el desarrollo exitoso de una terapia CRISPR personalizada para tratar a un niño con una enfermedad genética rara.

Tipos de edición genética con CRISPR-Cas

• Silenciamiento genético: La endonucleasa Cas9 se ha convertido en una herramienta popular para la edición dirigida de genes en sistemas eucariotas. Con el uso de un ARN CRISPR específico para el objetivo (ARNcr) y un ARNc transactivante (tracrRNA), o un formato fusionado llamado ARN de guía única (ARNg), la endonucleasa Cas9 puede atacar ubicaciones dentro de genomas complejos de mamíferos para obtener un doble descanso varado. Estas rupturas pueden repararse mediante mecanismos de reparación de ADN endógeno a través de un proceso conocido colectivamente como unión final no homóloga (NHEJ).
• Edición de genes CRISPR-Cas9 sin ADN: Significa que su sistema no utiliza componentes CRISPR-Cas9 en forma de vectores de ADN; cada componente es ARN o proteína. Comenzar con el ARNm Cas9 o la proteína Cas9 purificada como fuente de expresión de la nucleasa Cas9 en experimentos de ingeniería del genoma tiene ventajas para algunas aplicaciones.
• Reparación dirigida por homología (HDR): La ruptura de doble cadena inducida por CRISPR-Cas9 también se puede utilizar como una oportunidad para crear un knockin, en lugar de un knockout del gen objetivo. La inserción precisa de una plantilla de donante puede alterar la región de codificación de un gen para "arreglar" una mutación, introducir una etiqueta de proteína o crear un nuevo sitio de restricción.

Inteligencia Artificial y Organoides en la Investigación

Diploide Genetics sigue avanzando en la optimización de la plataforma actual y participa en investigaciones con la academia y profesionales científicos a nivel mundial, para integrar nuevas tecnologías soportadas por inteligencia artificial (AI), que permitirán acelerar la participación de nuevos candidatos en el desarrollo de medicinas y terapias de precisión. Sintetizamos el conocimiento biomédico y la experiencia en biomarcadores para guiar la planificación estratégica de los mismos.

Cultivo y monitorización de organoides

El Centro de Innovación de Organoides muestra instrumentos de última generación que trabajan en armonía para el crecimiento autónomo de cultivos de células vivas, 2D y 3D a largo plazo y la monitorización con la adquisición inteligente de imágenes sin marcaje. “Si bien los organoides son una gran promesa para transformar el desarrollo de fármacos, la medicina de precisión y, finalmente, las terapias basadas en el trasplante para enfermedades terminales, es necesario superar una serie de obstáculos importantes para aprovechar todo el potencial de la medicina de organoides.

Nuestro laboratorio recién establecido, CuSTOM Accelerator Lab, tiene como objeto resolver estos problemas desarrollando flujos de trabajo de alto rendimiento completamente automatizados para mejorar la adaptabilidad y reproducibilidad de la producción de organoides y las nuevas plataformas de cribado de fármacos basadas en organoides. Combinar la experiencia de CuSTOM con las tecnologías y solución de adquisición de imágenes de última generación de Molecular Devices será esencial para lograr estos objetivos. Con un software de programación intuitivo, los investigadores pueden controlar de forma remota el flujo de trabajo 3D, haciendo un seguimiento de las células desde la célula individual hasta el organoide diferenciado, a lo largo de todo el camino. El cultivo celular y la incubación se optimizan con un incubador automático y el robot auxiliar que mantiene la uniformidad del cultivo. El cambio de medio para el mantenimiento del cultivo está estandarizado y optimizado con la manipulación automática de líquidos, lo que minimiza la intervención manual. Nuestro nuevo sistema de adquisición de imágenes de alto contenido ImageXpress Confocal HT.ai está diseñado para adquirir imágenes 3D. Este sistema cuenta con ocho canales de excitación láser muy potentes y objetivos automáticos de inmersión en agua que potencian la señal y la sensibilidad del ensayo sin sacrificar la velocidad.

Pruebas Genéticas

Las pruebas genéticas pueden ayudar a guiar algunas de las decisiones más importantes en la vida de sus pacientes e individuos. Nuestros paneles, fáciles de ordenar, se ajustan a las directrices profesionales, lo que hace que los siguientes pasos sean claros.

Proceso de exámenes genéticos

A continuación, se presenta un esquema general de cómo se realizan los exámenes genéticos:

1. El paciente agenda una cita con nuestras asesoras a nivel nacional.
2. Toma de muestra de sangre periférica por parte del equipo de Biocells.
3. Realizar el pago correspondiente al servicio.
4. Envío de la muestra por parte de Biocells al extranjero.
5. Resultados del examen enviado por correo tanto al médico como al paciente.
6. El paciente agenda una cita con nuestras asesoras a nivel nacional.

Test Prenatal No Invasivo (NIPT®)

Analiza la presencia o ausencia de alguna anomalía cromosomal en el bebé y permite descubrir el sexo del bebé de manera anticipada. Con una certeza mayor al 99.9%. ¿Sabías que el ADN fetal pasa al torrente sanguíneo de la madre a través de la placenta desde la semana 7 de gestación?

Nutrigenómica y Epigenética

Para una salud óptima, el cuerpo necesita el equilibrio adecuado de nutrientes, medio ambiente y estilo de vida para funcionar correctamente. La tecnología CRISPR no solamente se ha aplicado a la edición genómica, sino que ha dado un paso más hacia la edición del epigenoma. Las herramientas CRISPR de edición epigenética utilizan una versión catalíticamente inactiva de Cas9 (dCas9), que conserva su capacidad de unirse a secuencias específicas del genoma guiada por un ARN, pero carece de actividad nucleasa. Esta proteína se fusiona a dominios efectores epigenéticos, como metilasas, desmetilasas, acetilasas o desacetilasas, capaces de modificar marcas epigenéticas en el ADN o en las histonas.

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