Stem cells - the future: an introduction to iPS cells

Summary

El Dr. Shinya Yamanaka descubrió que las células madre adultas pueden revertirse a un estado embrionarial, creando células madre pluripotentes (iPS) sin necesidad de usar embriones. Esto abre nuevas posibilidades en la medicina regenerativa y tratamiento de enfermedades, pero también plantea desafíos éticos.

Takeaways

• 🧬 El descubrimiento de Shinya Yamanaka cambió nuestra comprensión de la biología humana, revelando la posibilidad de revertir el desarrollo celular y crear células madre a partir de células diferenciadas.
• 👨‍⚕️ Yamanaka, médico y científico, buscaba tratamientos para lesiones medulares incurables, lo que lo llevó a la investigación de células madre.
• 🔬 Existen dos tipos de células madre: las células madre de tejidos adultos y las células madre embrionarias, con capacidades de desarrollo y diferenciación distintas.
• 🤔 Yamanaka cuestionó si una célula diferenciada tenía que permanecer así, y planteó la posibilidad de reprogramar una célula especializada para volver a ser una célula madre embrionaria.
• 🧬 A partir de una lista de más de 100 posibles factores, Yamanaka identificó 24 candidatos y finalmente redujo la lista a 4 factores esenciales para la reprogramación celular.
• 🧪 Los factores Oct4, Sox2, Klf4 y C-Myc, cuando se insertan en una célula de piel, pueden engañar a la célula haciéndola pensar que está en un ambiente embrionario, lo que la convierte en una célula madre pluripotente.
• 🛑 La tecnología de células madre inducidas (iPS cells) evita la necesidad de utilizar embriones humanos para obtener células madre, abordando así una preocupación ética importante.
• 🆕 Las células iPS son un nuevo tipo de células pluripotentes que pueden ser generadas a partir de pacientes individuales, lo que significa que son genéticamente idénticas y no serán rechazadas por el sistema inmunitario del paciente.
• 🧐 A pesar de ser técnicamente fáciles de crear, la reprogramación para hacer iPS cells no siempre es perfecta y puede producir cambios inesperados en los genes de las células.
• 🤰 Las células iPS han generado nuevas cuestiones éticas, como la posibilidad teórica de usarlas para crear espermatozoides, huevos o incluso un embrión a partir de una sola pieza de piel.
• 💡 El estudio de iPS cells abrirá nuevas oportunidades para el tratamiento de enfermedades, la investigación de fármacos y el entendimiento de las células en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.
• 🏆 El descubrimiento de Yamanaka se considera una de las más increíbles de todos los tiempos y ha marcado un hito en la investigación de células madre.

Q & A

¿Quién es Shinya Yamanaka y qué descubrió?

Shinya Yamanaka es un médico y científico que trabajó en Japón. Descubrió un proceso para convertir células adultas en células madre pluripotentes, lo que cambió nuestra comprensión de la biología humana.

¿Cuál es la diferencia entre las células madre adultas y las células madre embrionarias?

Las células madre adultas, también conocidas como células madre de tejido, producen células en sus propios tejidos. Las células madre embrionarias son pluripotentes, lo que significa que además de replicar, pueden convertirse en cualquier tipo de célula que compone el cuerpo humano.

¿Qué es lo que permiten hacer las células madre embrionarias?

Las células madre embrionarias son capaces de producir cualquier tipo de célula del cuerpo humano debido a su estado pluripotente, lo que las hace ideales para el tratamiento de enfermedades y la regeneración del cuerpo.

¿Cómo llegó Shinya Yamanaka a la idea de revertir la diferenciación celular?

Yamanaka ya sabía de experimentos anteriores sobre clonación que la diferenciación celular podía invertirse, lo que llevó a buscar factores dentro de las células que pudieran convertir células de piel de vuelta al estado embrionario.

¿Qué son los factores que Yamanaka utilizó para reprogramar las células de piel?

Yamanaka utilizó una combinación de cuatro factores: Oct4, Sox2, Klf4 y C-Myc, que normalmente solo actúan juntos en las células madre embrionarias, para reprogramar las células de piel.

¿Qué son las células madre inducidas pluripotentes o iPS cells?

Las células madre inducidas pluripotentes (iPS cells) son un nuevo tipo de células pluripotentes que se pueden generar a partir de células adultas, como las de piel, sin necesidad de utilizar embriones.

¿Por qué es importante que las células iPS puedan ser generadas a partir de pacientes individuales?

Las células iPS genéticamente idénticas al paciente individual significan que, si se utilizan para la transplantación, no serán rechazadas por el sistema inmunológico del paciente, evitando así el riesgo de rechazo de la transplantación.

¿Qué desafíos éticos surgen con la creación de células iPS?

Aunque las células iPS evitan el uso de embriones y sus problemas éticos, plantean nuevos desafíos, como la posibilidad de crear embriones y, potencialmente, seres humanos a partir de una sola pieza de piel.

¿Cómo pueden utilizarse las células iPS en el tratamiento de enfermedades?

Las células iPS pueden ser utilizadas para producir cualquier tipo de célula del cuerpo, lo que abre la posibilidad de tratar enfermedades degenerativas y otras condiciones médicas, así como para el desarrollo de nuevos fármacos.

¿Cómo ha impactado el descubrimiento de Yamanaka en la investigación de células madre?

El descubrimiento de Yamanaka ha revolucionado la investigación de células madre, enseñándonos a controlar la identidad celular y proporcionando nuevas herramientas para estudiar células enfermas y normales en el laboratorio.

Outlines

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🧬 Descubrimiento de células madre pluripotentes

El Dr. Shinya Yamanaka, un médico convertido en científico en Japón, realizó una de las descubrimientos científicas más extraordinarias de este siglo en el campo de las células madre. Su interés en tratar lesiones de la médula espinal incurables lo llevó a realizar experimentos que cambiaron nuestra comprensión de la biología humana. Descubrió que las células madre embrionarias, conocidas como pluripotentes, pueden transformarse en cualquier tipo de célula del cuerpo humano. Esto contrasta con las células madre adultas o de tejido, que están dedicadas a reparar y mantener un tejido específico. Yamanaka exploró la posibilidad de revertir el desarrollo de una célula especializada, utilizando factores presentes en los huevos o células madre embrionarias para convertir células de piel en un estado embrionario.

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🔬 Experimentos que cambiaron la biología humana

Shinya Yamanaka llevó a cabo una serie de experimentos que desafiaron la comprensión previa de la biología humana. Se propuso la idea de revertir una célula diferenciada a un estado embrionario utilizando proteínas que mantienen a las células madre embrionarias en su estado pluripotente. A partir de una lista de más de 100 posibles factores, Yamanaka identificó 24 candidatos y finalmente determinó que solo 4 eran esenciales. Al insertar estos factores en células de piel, descubrió que podían reprogramar la identidad de la célula diferenciada, haciéndola parecer una célula madre embrionaria. Este proceso resultó en células madre pluripotentes inducidas o iPS, que pueden usarse para producir cualquier célula del cuerpo humano.

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🌟 iPS Cells: Una nueva era en la medicina de las células madre

Las células madre pluripotentes inducidas (iPS) marcan un hito en la medicina de las células madre. Estas células, que pueden ser generadas a partir de pacientes individuales, son genéticamente idénticas a ellos, lo que elimina el riesgo de rechazo inmunológico en transplantes. Esto abre la posibilidad de derivar células especializadas, como células cerebrales, células productoras de insulina o células cardiacas, para el tratamiento personalizado de pacientes. Aunque el proceso de reprogramación para crear iPS cells sigue siendo enigmático y puede producir cambios inesperados en los genes, los científicos están investigando cómo producir iPS cells perfectas de manera segura para el tratamiento de pacientes.

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🔍 Perspectivas y desafíos éticos de las iPS Cells

El desarrollo de iPS cells ha generado nuevas perspectivas y desafíos éticos en el campo de la investigación médica. Aunque evita el uso de embriones humanos, lo que resuelve una preocupación ética importante, también plantea nuevas cuestiones. Las iPS cells podrían, teóricamente, ser utilizadas para crear espermatozoides y óvulos, lo que abriría la posibilidad de crear un embrión a partir de una sola pieza de piel. Esto ha llevado a debates sobre si debemos detener esta investigación. Además, las iPS cells ofrecen nuevas oportunidades para el estudio de enfermedades hereditarias y la prueba de medicamentos en células humanas cultivadas en el laboratorio, lo que podría revolucionar el enfoque en el desarrollo de medicamentos y el estudio de enfermedades como la Parkinson y el Alzheimer.

Keywords

💡Shinya Yamanaka

Shinya Yamanaka es un médico y científico japonés que ha sido fundamental en el campo de las células madre. En el video, se destaca su trabajo en la investigación de las células madre y cómo sus experimentos cambiaron la comprensión de la biología humana. Su descubrimiento de cómo convertir células adultas en células madre embrionarias es un punto central del video.

💡células madre

Las células madre son células no diferenciadas que pueden desarrollarse en distintas células o tejidos del cuerpo humano. En el video, se explica que hay dos tipos principales de células madre: las células madre adultas o de tejido y las células madre embrionarias. El descubrimiento de Yamanaka sobre cómo crear células madre embrionarias a partir de células adultas es un hito en la investigación de estas células.

💡células madre embrionarias

Las células madre embrionarias son células pluripotentes que pueden dar lugar a cualquier tipo de célula del cuerpo humano. En el video, se menciona que estas células son muy valiosas para la investigación médica y la terapia, pero su obtención a menudo implica la destrucción de embriones, lo que plantea problemas éticos.

💡células madre adultas

Las células madre adultas son células especializadas que se encuentran en los tejidos y que se dedican a la reparación y mantenimiento de dichos tejidos. En el video, se destaca la diferencia entre estas células y las células madre embrionarias, y cómo Yamanaka logró revertir las células adultas a un estado embrionario.

💡pluripotencia

La pluripotencia es la capacidad de una célula de desarrollarse en cualquier tipo de célula o tejido del cuerpo. En el video, se resalta que las células madre embrionarias son pluripotentes, lo que significa que pueden dar lugar a cualquier tipo de célula del cuerpo humano.

💡diferenciación celular

La diferenciación celular es el proceso por el cual una célula madre se convierte en una célula especializada. En el video, se discute cómo las células adultas, que normalmente están diferenciadas, pueden ser reprogramadas para volver a un estado embrionario, lo que es un concepto clave en el trabajo de Yamanaka.

💡factores de reprogramación

Los factores de reprogramación son proteínas específicas que Yamanaka identificó como esenciales para convertir células adultas en células madre embrionarias. En el video, se menciona que cuatro de estos factores (Oct4, Sox2, Klf4 y C-Myc) son necesarios para lograr la reprogramación celular.

💡células madre inducidas pluripotentes (iPS)

Las células madre inducidas pluripotentes, o iPS, son células que se han reprogramado para tener las mismas propiedades que las células madre embrionarias. En el video, se explica que Yamanaka descubrió cómo crear estas células a partir de células adultas, lo que representa un avance significativo en la investigación de células madre.

💡ética

La ética es un tema recurrente en el video, especialmente en relación con la obtención de células madre embrionarias y la posibilidad de crear embriones a partir de células iPS. Se discute cómo el trabajo de Yamanaka evita la necesidad de usar embriones humanos, pero también plantea nuevas cuestiones éticas sobre la creación de seres humanos a partir de células adultas.

💡terapia celular

La terapia celular es un enfoque médico que utiliza células para tratar enfermedades o daños en los tejidos. En el video, se sugiere que el uso de células iPS podría abrir nuevas posibilidades en la terapia celular, especialmente en la regeneración de tejidos y el tratamiento de enfermedades incurables.

💡genética

La genética es la ciencia que estudia la herencia de las características en los seres vivos. En el video, se menciona que las células iPS pueden ser generadas a partir de pacientes individuales, lo que significa que son genéticamente idénticas a ellos. Esto tiene implicaciones significativas para la aceptación de las células en el cuerpo y la reducción de riesgos de rechazo inmunológico en la terapia celular.

Highlights

Shinya Yamanaka, un médico convertido en científico en Japón, hizo una de las descubrimientos científicos más extraordinarios de este siglo en el campo de las células madre.

Yamanaka estaba interesado en encontrar un tratamiento para lesiones medulares incurables, lo que lo llevó a la investigación básica.

Existen dos tipos de células madre: las células madre de tejidos adultos y las células madre embrionarias pluripotentes.

Yamanaka descubrió que el desarrollo puede ser revertido y que una célula diferenciada puede producir células embrionarias.

Buscando factores dentro de la célula, Yamanaka identificó factores en las células embrionarias que pueden convertir células de piel de regreso a un estado embrionario.

A partir de una lista de más de 100 posibles factores, Yamanaka identificó 24 candidatas más probables para la reprogramación celular.

Se descubrió que solo 4 factores de los 24 son esenciales para convertir células de piel en células madre pluripotentes.

Los factores Oct4, Sox2, Klf4 y C-Myc son capaces de engañar a la célula de piel haciéndola pensar que está en un ambiente embrionario.

Yamanaka creó un nuevo tipo de célula pluripotente llamada células madre inducidas pluripotentes o iPS cells.

Las iPS cells permiten evitar el uso de embriones humanos, lo que resuelve un gran problema ético.

Las iPS cells pueden ser generadas a partir de pacientes individuales, lo que significa que son genéticamente idénticas y no serán rechazadas por el sistema inmunológico del paciente.

La tecnología de iPS cells abre la posibilidad de tratar enfermedades y potencialmente regenerar el cuerpo.

A pesar de ser técnicamente sencilla, la reprogramación para hacer iPS cells no siempre funciona completamente y puede producir cambios inesperados en los genes.

Los científicos están investigando cómo producir iPS cells perfectos que sean seguros para el tratamiento de pacientes.

Las iPS cells plantean nuevas cuestiones éticas, como la posibilidad teórica de crear tanto espermatozoides como óvulos y, por lo tanto, un embrión.

El descubrimiento de las iPS cells enseña a los científicos cómo controlar la identidad celular y ofrece nuevas herramientas para el estudio de células enfermas y normales.

Las iPS cells pueden revolucionar el enfoque para el estudio de enfermedades hereditarias y acelerar el proceso de desarrollo de fármacos.

El descubrimiento de las iPS cells es considerado la más importante avance en investigación de células madre desde la descubrimiento de las células madre embrionarias en 1981.

Transcripts

One of the most extraordinary scientific discoveries of this century

was made by a doctor-turned-scientist working in Japan.

Shinya Yamanaka had been involved in the field of stem cells

for ten years

when his experiments changed the way we understand human biology.

Shinya Yamanaka is a medical doctor and a scientist.

He was interested in finding a way

to treat patients with incurable spinal cord injuries.

I was an orthopaedic surgeon,

so I didn't do any stem cell research at that time.

It was 20 years ago.

But I had many difficult patients

suffering from spinal cord injuries,

and there are no treatment methods for those patients.

That's why I became interested in basic research.

Because I thought that by doing basic research,

one day I may be able to treat and help those patients.

Shinya Yamanaka's desire to help his patients

led to a brilliant experiment.

This took us beyond the limits of our knowledge

and revealed something really extraordinary.

There are two types of stem cells.

Adult or tissue stem cells make cells in their own tissues.

Blood stem cells make blood, muscle stem cells, muscle and so on.

There is another type of stem cell, the embryonic stem cell.

These cells are called pluripotent

because as well as making copies of themselves,

they can become any of the types of cell that make up the human body.

So the point about the adult tissue stem cells is

that these are dedicated cells

for repairing and maintaining specific tissue.

The embryonic stem cells represent a very early stage in development

when there is no muscle or blood or bone.

There's nothing else really, just them.

Development starts with the early embryo and these pluripotent founder cells

and things become more and more restricted and channelled.

That's how the body is built, and it would be chaos

if cell types could start turning into one another.

Shinya already knew from earlier experiments on cloning

that development could be reversed, that a specialized cell,

which scientists call differentiated,

can produce embryonic cells.

But no one knew how this process worked. To find out,

Shinya looked for clues inside the cell.

I knew that eggs

or embryonic stem cells have factors

that can convert skin cells back to an embryonic state.

That's why we decided to search for such factors.

Scientists had no idea

what these factors were or how many would be needed.

Shinya went back to basics,

examining the biology that gives cells their individual identities.

We already knew that each cell in our body

contains something that determines what sort of tissue the cell becomes,

its cell identity.

These are the genes in the nucleus.

The nucleus in each of our cells contains 23 pairs of chromosomes

made up of long strands of DNA.

This is divided into sections or genes

that direct the cell to make particular proteins.

These proteins, which scientists sometimes call factors,

are what give the cells their different identities.

All of our cells contain the same genes,

but in a skin cell only the genes that make skin proteins are turned on.

The active genes are always in the unwound open areas of the chromosome.

All the other genes that would make a liver, a heart or an embryonic cell

are turned off.

They are tightly wrapped up and locked away.

The remarkable thing that Shinya Yamanaka did

was to question whether a cell had to stay differentiated.

Might it be possible to make an already specialised cell

turn back into an embryonic stem cell in the laboratory?

He wondered if the same proteins that keep embryonic stem cells pluripotent

might be able to reprogramme

the specialised identity of a differentiated cell.

He started with a list of over 100 possibles.

He didn't know if they operated alone or in combination,

which would mean over a million possible variations.

Using an off-the-shelf computer programme,

Shinya Yamanaka was able to ascertain the 24 most likely candidates.

It took years of work.

The next step was to narrow down factors,

from 24 factors to whatever was required,

and we found that

4 out of the 24 factors were essential.

He took a combination of four factors

that normally only act together in the embryonic stem cell

and inserted them into a skin cell.

In a process we don't fully understand, the chromosomes began to unwind.

Shinya's factors could now attach to the genes

that make embryonic stem cell proteins.

The proteins, called Oct4, Sox2, Klf4 and C-Myc,

overwhelmed the competing message from the skin genes,

fooling the cell into thinking it was in an embryonic environment.

As these reprogrammed cells replicate,

they become more and more like embryonic stem cells

until eventually, they are indistinguishable.

From this state it can now be used to produce any cell in the body.

What I discovered was that

we can convert skin cells back to an embryonic state,

so we can make stem cells from skin cells.

All we have to do is add

three or four factors into skin cells. That's all we need.

From ES cells, embryonic stem cells,

we can make all the cells that exist in the body.

However, we have to destroy embryos

in order to generate ES cells.

But with our technology

we don't have to use embryos any more.

We can make ES like stem cells

directly from skin cells.

Shinya Yamanaka had made a new type of pluripotent cell,

called induced pluripotent stem cells or iPS cells.

He first made his discovery studying mice,

then quickly showed that it also worked for human cells.

This was an extraordinary discovery.

Shinya Yamanaka had proven that he could turn a skin cell backwards in time

and then forwards into any other cell.

In fact, it didn't just work with skin.

He could turn any differentiated cell into an iPS cell.

This generated headline news and astonished scientists

all over the world.

My reaction was, first of all, that this was

one of the most profound scientific developments

in our lifetime.

It completely turned upside down

everything we've been taught about development.

We have always been taught

that development was irreversible, everything was a one-way street.

But in fact that's not true.

Our notions about development

were clearly wrong. It isn't as fixed as we thought it was.

It means that we have to be

more open in our thinking about what is biologically possible.

Only Shinya Yamanaka imagined that it might be possible

to reprogramme a differentiated cell with just a handful of proteins.

Other scientists were quickly able to reproduce Shinya's findings.

The first step is to remove

the medium we used to culture our skin cells.

Now we are adding a new medium containing the reprogramming factors.

In a couple of weeks, we should have iPS cells in this dish.

So as a result of the skin cells being infected,

what you have after a few days is these nice colonies of cells.

Here you can see two clear examples.

They have ES cell morphology,

but we also know that they have acquired this embryonic stem cell status.

The way is now wide open for stem cell medicine.

Induced pluripotent stem cells, or iPS cells, are a whole new kind of cell.

They can provide better ways of tackling disease

and, potentially, of regenerating the body.

One major difference

between iPS cells and embryonic stem cells

is that iPS cells can be generated

from individual patients.

That means they are genetically identical

to the individual patient, and that means if we generate, for example,

cells for transplantation from iPS cells,

they will not be rejected.

They will not be recognised by the patient's immune system.

Here, for the first time, we see a perspective

for deriving specialised cells from, for example, the patient's skin

and changing them into brain cells, into insulin-producing cells,

or into heart cells

which can then be used to supply this individual patient

without the risk of transplant rejection.

The way reprogramming works to make iPS cells is still mysterious.

Although it's technically easy, it doesn't always work completely

and can produce cells with unexpected changes in their genes.

Scientists are now investigating how to produce perfect iPS cells

that could be safe to use for treating patients.

And although iPS cells provide a way

of making pluripotent cells without using human embryos,

which allays an important ethical concern,

they themselves have raised entirely new issues.

I wanted to avoid the usage of human embryos.

So... I think

we have succeeded in that goal,

but as soon as we succeeded

I realised

that we had generated

new ethical issues.

This was something no one had predicted.

In theory, iPS cells are able to create both sperm and eggs.

So they could one day be used to produce an embryo,

which could be implanted and carried to term.

So one day it may be biologically possible to create a human being

from a single piece of skin.

Should we stop this research? It's too late.

Making iPS cells is quite simple for anyone with basic biological training.

As with all new technologies, we have to weigh up the potential benefits

and the potential drawbacks.

For instance, studying how to make functional human sperm

or eggs from iPS cells

may bring benefits for infertile couples.

Scientists believe that the creation of iPS cells

means that stem cells have entered a new era, teaching us

how to control cell identity.

They expect iPS cells to provide us with new tools

for studying diseased and normal cells in the laboratory,

meaning that drugs for treating diseases like Parkinson's

can be tested on lab-grown human cells.

They also hope to learn why human cells die

in degenerative diseases like Alzheimer's.

A key problem in drug development

is that individual candidate drugs

face the human system at a very late stage in their development.

By that time there have usually been up to eight years of development

which have gone into this individual drug.

Using human cells at a very early stage of drug development

will help to identify compounds that do not work in human cells.

I think this will definitely create new opportunities

to identify new drugs and speed up the process by which drugs come through.

It will revolutionize the approach to studying inherited disease.

These beating heart cells were originally created

from a sample of a 36 year old woman's cheek

and when I saw these cells, my own heart also started beating hard.

This is the most important discovery in stem cell research

since embryonic stem cells were first discovered in 1981.

In my personal opinion, it will go down in history

as one of the most amazing discoveries of all time.

Subtitling by SUBS Hamburg Tamara Zolling