Gran avance en la producción de sangre artificial
Un avance que podría hacer más eficiente la producción de sangre artificial en el futuro
Los científicos llevan varias décadas trabajando en la producción artificial de sangre. Ahora, investigadores de la Universidad de Constanza y de la Universidad Queen Mary de Londres han dado un paso importante hacia ese objetivo con un nuevo descubrimiento.
En Alemania se necesitan unas 15.000 unidades de sangre al día, la mayoría de las cuales proceden actualmente de donaciones. La investigación para desarrollar fuentes alternativas, como la producción de sangre artificial a gran escala, lleva décadas en marcha, pero aún está lejos de alcanzar su utilidad generalizada. El principal reto radica en los medios complejos y aún no del todo apreciados con los que nuestro cuerpo produce de forma natural este fluido vital.
La doctora Julia Gutjahr, bióloga del Instituto de Biología Celular e Inmunología Thurgau de la Universidad de Constanza, estudia los mecanismos de producción de sangre. Junto con colegas de la Universidad Queen Mary de Londres, ha identificado la señal molecular, la quimioquina CXCL12, que desencadena la expulsión del núcleo por parte de los precursores de los glóbulos rojos, un paso clave en el desarrollo de éstos.
La producción de sangre requiere una sincronización perfecta
En el organismo, la producción natural de sangre tiene lugar en la médula ósea. Las células madre se convierten en eritroblastos, células precursoras de los eritrocitos, los glóbulos rojos. "En la etapa final del desarrollo de un eritroblasto hasta convertirse en eritrocito, el eritroblasto expulsa su núcleo. Este proceso sólo ocurre en los mamíferos, lo que permite dejar más espacio a la hemoglobina que participa en el transporte de oxígeno", explica Gutjahr.
Aunque el proceso de maduración de las células madre en eritrocitos está ahora casi optimizado, hasta ahora no estaba claro qué factores inducen la expulsión del núcleo. "Descubrimos que la quimioquina CXCL12, que se encuentra principalmente en la médula ósea, puede desencadenar dicha expulsión del núcleo, aunque en una interacción con varios factores. Añadiendo CXCL12 a los eritroblastos en el momento adecuado, conseguimos inducir artificialmente la expulsión de su núcleo", afirma Gutjahr.
Este hallazgo es un avance científico que en el futuro debería ayudar a que la producción artificial de sangre sea mucho más eficiente. Sin embargo, aún será necesario seguir investigando. Gutjahr comenzó este trabajo en 2019 como investigadora postdoctoral en el laboratorio del profesor Antal Rot en la Universidad Queen Mary de Londres. Ahora continúa su investigación en la Universidad de Konstanz. Desde 2023, dirige sus propios grupos de investigación en el Instituto de Biología Celular e Inmunología Thurgau, donde continúa los estudios sobre CXCL12.
"Actualmente estamos investigando cómo utilizar CXCL12 para optimizar la producción artificial de eritrocitos humanos", explica Gutjahr. "Es importante destacar que, aparte de la aplicación práctica inmediata para la producción industrial de glóbulos rojos, nuestros resultados aportaron una comprensión completamente nueva de los mecanismos biológicos celulares implicados en las respuestas de los eritroblastos a las quimiocinas. Mientras que todas las demás células migran cuando son estimuladas por CXCL12, en los eritroblastos esta molécula señalizadora es transportada al interior de la célula, incluso al núcleo", añade Rot. "Allí, acelera su maduración y ayuda a expulsar el núcleo. Nuestra investigación demuestra por primera vez que los receptores de quimiocinas no sólo actúan en la superficie celular, sino también en el interior de la célula, abriendo así perspectivas totalmente nuevas sobre su papel en la biología celular", afirma Rot.
Producción optimizada para aplicaciones más amplias
Las células madre son actualmente el método más eficaz para producir sangre artificial, ya que la expulsión nuclear tiene lugar en aproximadamente el 80% de las células. Sin embargo, las fuentes de células madre son limitadas y se basan en el aislamiento a partir de donaciones de sangre del cordón umbilical o de médula ósea para el tratamiento de enfermedades específicas, lo que no es factible para la producción masiva de sangre que satisfaga las necesidades clínicas.
Sin embargo, recientemente se ha hecho posible reprogramar distintos tipos de células para convertirlas en células madre y utilizarlas para generar glóbulos rojos. Este enfoque ofrece una fuente celular casi ilimitada para la producción artificial de sangre, pero lleva mucho más tiempo y la tasa de éxito en la expulsión de núcleos es sólo de alrededor del 40%. "Basándonos en nuestros nuevos hallazgos, que destacan el papel clave de CXCL12 en la expulsión del núcleo, podemos esperar que el uso de CXCL12 suponga una mejora significativa en la producción de glóbulos rojos a partir de células reprogramadas", afirma Gutjahr.
Si la producción a gran escala se hace posible, podría surgir una amplia gama de aplicaciones. "Aunque las células corporales estén disponibles, el proceso de producción en laboratorio seguirá siendo complejo. Pero permitiría la generación selectiva de tipos de sangre poco comunes, ayudaría a paliar la escasez o permitiría a los individuos reproducir su propia sangre para tratamientos especializados en muchas enfermedades diferentes", afirma Gutjahr.
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Publicación original
Julia Christine Gutjahr, Elin Hub, Caroline Amy Anderson, Maryna Samus, Katharina Artinger, Esteban A. Gomez, Christoph Ratswohl, Natalie Wickli, Mandy Raum, Neil Dufton, Jesmond Dalli, Jemima J. Burden, Johan Duchene, Antal Rot; "Intracellular and nuclear CXCR4 signaling promotes terminal erythroblast differentiation and enucleation"; Science Signaling, Volume 18
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