Un estudio dirigido por investigadores de Weill Cornell Medicine muestra que las vértebras espinales se originan a partir de un tipo único de células madre que secreta una proteína que favorece la metástasis tumoral. Este avance allana el camino para nuevas direcciones de investigación en enfermedades de la columna, proporciona información sobre por qué los tumores sólidos a menudo metastatizan en la columna y puede conducir a nuevos tratamientos ortopédicos y contra el cáncer.
En el estudio, publicado en Nature el 13 de septiembre, los investigadores encontraron que las vértebras se derivan de un tipo de célula madre que es diferente de otras células madre formadoras de huesos. Utilizando "organismos" similares a los huesos elaborados a partir de células madre de la columna, descubrieron que la conocida tendencia de los tumores a extenderse a la columna -en lugar de a huesos largos como los de las piernas- se debe en gran medida a una proteína llamada MFGE8 secretada por estas células madre.
"Sospechamos que muchas enfermedades ortopédicas que afectan preferentemente a la columna vertebral se deben a las propiedades únicas de las células madre vertebrales", afirmó el autor principal del estudio, Matthew Greenblatt, MD, profesor asociado de patología y medicina de laboratorio en el Centro Médico Weill Cornell, miembro del Centro Oncológico Sandra y Edward Meyer y patólogo del Centro Médico NewYork-Presbyterian/Weill Cornell.
En los últimos años, el Dr. Greenblatt y otros científicos han descubierto que diferentes tipos de hueso se originan a partir de diferentes tipos de células madre óseas. Debido a que las vértebras se desarrollan a lo largo de un camino diferente en las etapas tempranas de la vida que otros huesos, como los huesos de brazos y piernas, y parecen tener una trayectoria evolutiva única, el Dr. Greenblatt y su equipo plantearon la hipótesis de que puede haber un tipo único de célula madre espinal.
Los investigadores primero aislaron las conocidas células madre esqueléticas, que generan todo el hueso y el cartílago, de diferentes huesos en ratones de laboratorio basándose en marcadores proteicos de superficie conocidos de las células madre esqueléticas. Luego analizaron la actividad genética de estas células para ver si podían encontrar patrones únicos de células asociadas con la columna.
Se trasplantan nuevas células madre que forman la columna vertebral a un organismo modelo y se les permite formar vértebras en miniatura (rojo). Las células tumorales de cáncer de mama (verde) invaden el hueso, lo que sugiere que esta nueva célula madre espinal es responsable de reclutar células de cáncer de mama. Fuente: Sun Jun
Este trabajo dio como resultado dos hallazgos importantes. La primera es que la nueva definición general de células madre esqueléticas basada en marcadores de superficie es más precisa. Esta nueva definición excluye un grupo de células no madre incluidas en la antigua definición de células madre, oscureciendo algunas investigaciones previas en el campo.
El segundo hallazgo es que las células madre esqueléticas de diferentes huesos tienen diferencias sistemáticas en la actividad genética. A través de este análisis, el equipo identificó un conjunto único de marcadores para las células madre espinales y confirmó el papel funcional de estas células en la formación de los huesos de la columna en experimentos adicionales en ratones y en sistemas experimentales de cultivo de células en placas.
A continuación, los investigadores examinaron el atractivo relativo de la columna en comparación con otros tipos de hueso para la metástasis de tumores, incluidos el cáncer de mama, próstata y pulmón. La teoría convencional de la década de 1940 sugería que este "tropismo espinal" estaba relacionado con los patrones de flujo sanguíneo y que la columna era más susceptible a tumores metastásicos que los huesos largos. Pero cuando los investigadores reprodujeron el fenómeno del tropismo espinal en modelos animales, encontraron evidencia de que el flujo sanguíneo no era la causa; de hecho, encontraron una pista que apuntaba a las células madre espinales como posibles culpables.
"Observamos que el sitio de siembra inicial de células tumorales metastásicas era principalmente en la región de la médula ósea, donde se encuentran las células madre espinales y sus células de progenie", dijo Jun Sun, Ph.D., primer autor del estudio e investigador postdoctoral en el laboratorio de Greenblatt.
Luego, el equipo descubrió que la eliminación de las células madre espinales eliminaba la diferencia en las tasas de metástasis entre los huesos de la columna y los huesos largos. Finalmente, determinaron que las células madre espinales secretan más proteína MFGE8 que las células madre de huesos largos y era un factor importante en el tropismo de la columna. Para confirmar la relevancia de estos hallazgos para los humanos, el equipo colaboró con investigadores del Hospital de Cirugía Especial para identificar las contrapartes humanas de las células madre espinales de ratón y caracterizar sus propiedades.
Actualmente, los investigadores están explorando formas de bloquear MFGE8 para reducir el riesgo de metástasis espinal en pacientes con cáncer. En términos más generales, dijo el Dr. Greenblatt, están estudiando cómo las propiedades únicas de las células madre espinales contribuyen a las enfermedades de la columna.
"Existe una subespecialidad dentro de la ortopedia llamada ortopedia espinal, y creemos que la mayoría de las afecciones en esa categoría clínica están relacionadas con esta célula madre que acabamos de identificar", dijo el Dr. Greenblatt.