Regeneración de una planaria a partir de una única célula adulta

En el mundo natural vemos que muchos animales tienen la capacidad de regenerar ciertas partes de su cuerpo cuando son dañadas o perdidas a causa de un accidente o al huir de un depredador. Tal vez el caso más conocido sea el de las lagartijas, quienes tienen la capacidad de regenerar su cola si es que llegan a perderla. Pero, esto no es nada comparado con la capacidad regenerativa de las planarias.

En un experimento realizado por T. H. Morgan a fines del siglo XIX, una planaria fue capaz de regenerarse completamente a partir de un fragmento que correspondía a la 279ava parte de su cuerpo. Más de un siglo después, científicos del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), liderados por el Dr. Daniel E. Wagner, han logrado regenerar una planaria a partir de una única célula adulta conocida como neoblasto, según reportaron el viernes 13 de Mayo en Science.

La capacidad regenerativa de las planarias se debe a la presencia de una población de células conocidas como neoblastos. Estas células se distribuyen por todo su cuerpo y tienen la función de diferenciarse en el tipo celular requerido para regenerar las partes del cuerpo que la planaria ha perdido, incluso pueden regenerar la cabeza del animal.

Sin embargo, hasta ahora no se han hecho estudios a nivel individual, o sea, en un sólo neoblasto. Es por esta razón que los científicos no saben si los neoblastos están conformados por células que tienen un destino pre-establecido (cada neoblasto sabe en qué tipo de célula diferenciarse) o si tienen la capacidad de diferenciarse en cualquier tipo celular (pluripotencia).

La pluripotencia es la capacidad de una célula para diferenciarse en cualquier tipo celular que conforman los tejidos de las tres capas germinales (ectodermo, mesodermo y endodermo). Aunque generalmente no están presentes en animales adultos, los tejidos adultos son mantenidos por ciertos tipos de células madre. Ej. las células madre hematopoyéticas que dan origen a todas las células de la sangre. Estas células madre adultas ya no son pluripotentes, sino multipotentes (sólo dan origen a tipos celulares de su misma capa germinal o de su mismo tejido).

Lo primero que hicieron Wagner et al. fue someter a las planarias a dosis letales de radiación ionizante(1750 rads). [El efecto de la radiación será más perjudicial en aquellas células que se dividen con mayor frecuencia, por esta razón, es usada para estudios en células madre y para el tratamiento del cáncer]. Los neoblastos, por ser células altamente proliferativas, serán las más afectadas por este tratamiento, así que el objetivo de este procedimiento fue el de destruir los neoblastos.

Para identificar a los neoblastos, los investigadores siguieron la expresión del gen smedwi-1 usando la hibridación in situ con sondas fluorescentes. Siete días después de la exposición a los 1750 rads, la quinta parte de las planarias irradiadas presentaban pequeñas ‘colonias’ de neoblastos formando grupos compactos distribuidos ventralmente a lo largo del cuerpo de animal (Fig 1. A y B) y no parecían estar asociadas con algún tipo de tejido especifico.

Para estar seguros que los grupos de neoblastos que aparecieron siete días después de la exposición a la radiación tenían un origen clonal (provenían de un neoblasto sobreviviente y no de un proceso de desdiferenciación celular), los investigadores marcaron el ADN de los neoblastos con un nucleósido sintético análogo de la timidina llamado bromodeoxiuridina (BrdU), antes de someterlos a la radiación.

Lo que hace la BrdU es reemplazar a la Timina de las nuevas cadenas de ADN sintetizadas durante la división de los neoblastos. Luego, la BrdU es evidenciada a través del uso de anticuerpos específicos marcados con moléculas fluorescentes.

Después de la exposición a la radiación, los investigadores quitaron la BrdU del medio de cultivo. Si los neoblastos que aparecieron posteriormente poseían rastros de BrdU en sus cadenas de ADN, indicaría que fueron originadas de neoblastos sobrevivientes. Y esto fue precisamente lo que encontraron Wagner y sus colaboradores… los neoblastos tenían un origen clonal.

Sin embargo, no todos los neoblastos tenían la capacidad de formar colonias. A los que si tenían esta capacidad los llamaron “neoblastos clonogénicos” (cNeoblastos), los cuales tenían un comportamiento parecido al de una célula madre adulta. Pero, a diferencia de ellos, los cNeoblastos demostraron que podían diferenciarse en cualquier tipo celular de cualquier capa germinal, o sea, eran pluripotentes.

Los investigadores también determinaron que se requerían de al menos tres colonias de cNeoblastos para restaurar la capacidad regenerativa de las planarias irradiadas. Pero, ¿será posible regenerar una planaria a partir de un único cNeoblasto?

Para responder a esta pregunta, Wagner et al. usaron la citometría de flujo para aislar los cNeoblastos de las planarias sometidas a 1750 rads y luego las trasplantaron a planarias sometidas a dosis de radiación letales (6000 rads), las cuales no tenían neoblastos, esto con el fin de determinar si un único cNeoblasto podía restaurar la capacidad regenerativa de la planaria. Siete de las 130 planarias que recibieron el trasplante de neoblasto lograron regenerarse y sobrevivir. Y de estas siete, tres pudieron dividirse formando descendientes con el genotipo de la célula que fue trasplantada.

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Entonces, con este experimento quedó demostrado que los neoblastos son células pluripotentes, ya que un único cNeoblasto tuvo la capacidad de regenerar una planaria completa. Esta también es la primera evidencia de la existencia de células pluripotentes en animales adultos.

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Referencias:

Wagner, D., Wang, I., & Reddien, P. (2011). Clonogenic Neoblasts Are Pluripotent Adult Stem Cells That Underlie Planarian Regeneration Science, 332 (6031), 811-816 DOI: 10.1126/science.1203983

Slack, J. (2011). Planarian Pluripotency Science, 332 (6031), 799-800 DOI: 10.1126/science.1206913