Reproducción y fertilidad: ¿cómo pueden ayudar la terapia génica y celular?

Las células madre tienen la capacidad de convertirse en diferentes tipos de células cuando reciben las instrucciones adecuadas. Algunas células madre pueden producir cualquier tipo de célula del cuerpo. Éstas son las denomina nadas pluripotentes.  

Las células madre pluripotentes pueden obtenerse de embriones de cinco días, antes de que el embrión se implante en el útero. Estas células (denominadas células madre embrionarias o CME) pueden cultivarse en el laboratorio en grandes cantidades, conservando su capacidad de convertirse en otros tipos de células. 

Las células madre pluripotentes también pueden crearse «reprogramando» otras células del cuerpo en el laboratorio, como las células de la piel. A este tipo de células madrese las conoce como células madre pluripotentes inducidas o iPSC. 

Las iPSC son de especial interés para su uso en posibles tratamientos de fertilidad ya que los científicos podrían utilizarlas para producir espermatozoides y óvulos (denominados gametos) para procesos de fecundación in vitro. A la creación de espermatozoides y óvulos en el laboratorio se la denomina gametogénesis in vitro o IVG.  

Aunque se ha logrado producir ratones con óvulos y espermatozoides generados a partir de células madre y IVG, aún no se ha conseguido crear seres humanos. 

Las investigaciones en curso se centran en varios aspectos de la IVG. 

• Algunos grupos están desarrollando nuevos métodos para crear células precursoras de óvulos y espermatozoides (células germinales primordiales o PGC) a partir de células madre pluripotentes humanas, para luego  desarrollar espermatozoides u óvulos a partir de ellas. 
• Otros grupos están tratando de crear un entorno propicio en el que estas células precursoras puedan desarrollarse en espermatozoides u óvulos en el laboratorio, lo que significa recrear testículos u ovarios en desarrollo. Esto implica dirigir las células madre para que se conviertan en otros tipos de células de los testículos (como las células de Sertoli, que participan en el desarrollo de las PGC, o las células de Leydig, que producen testosterona) o de los ovarios (como las células de la granulosa, que participan en el desarrollo de óvulos). 
• stos métodos también se están utilizando para comprender las afecciones que alteran el desarrollo testicular u ovárico, lo que a su vez afecta a la fertilidad o a las características sexuales. Este tipo de investigación se denomina modelización de enfermedades. Puede incluir la identification de los genes necesarios para las diferentes etapas de la formación de ovarios y testículos funcionales, así como de óvulos y espermatozoides. 

La producción de óvulos y espermatozoides a partir de otros tipos de células adultas mediante la IVG podría tener amplias aplicaciones para las personas afectadas por infertilidad o  transmisión de enfermedades genéticas. Sin embargo, en la actualidad existen cuatro obstáculos principales para la aplicación de las tecnologías de IVG en seres humanos: 

1. La obtención de suficiente cantidad de células precursoras de óvulos y espermatozoides (PGC) viables a partir de células madre. 
2. Asegurarse de que estas PGC humanas producen óvulos y espermatozoides pero no generan tumores, el cual es un riesgo asociado al uso de células pluripotentes.
3. Averiguar cómo madurar las PGC humanas en óvulos y espermatozoides totalmente funcionales en el laboratorio para poder evitar el trasplante de PGC inmaduras a personas. Esto eliminaría procedimientos invasivos y evitaría el riesgo de formación de tumores.
4. Establecer cómo evaluar la capacidad de los espermatozoides y óvulos generados en laboratorio para crear embriones y niños sanos, dadas las restricciones actuales en muchos países sobre la creación de embriones para la investigación o su cultivo en el laboratorio más allá de ciertos puntos de desarrollo. 

Además de superar las barreras científicas, los próximos pasos también deben incluir la consideración de las importantes barreras sociales, éticas y legales que existen para el uso de la IVG. La legislación que regula el uso y la creación de embriones varía en todo el mundo. Si las tecnologías de IVG se vuelven científicamente viables, será necesario modificar la legislación para permitir su aplicación clínica. 

Las TRA pueden utilizarse por diversas razones: 

• Infertilidad: La Organización Mundial de la Salud informa de que uno de cada seis adultos sufre infertilidad y, por lo tanto, puede que sea incapaz de concebir. La infertilidad puede estar causada por una serie de afecciones y factores, y puede afectar a cualquier persona.
• Uso de gametos de donantes: Las personas que sufren infertilidad, las parejas del mismo sexo o las personas que desean concebir y ser progenitores en solitario pueden optar por concebir utilizando gametos donados por otra persona.
• Riesgos genéticos conocidos: Si uno o ambos progenitores sabe que son portadores de una enfermedad genética que acorta la esperanza de vida, pueden optar por concebir mediante FIV y someterse a pruebas genéticas preimplantacionales. Este proceso permite seleccionar los embriones que no son portadores de la mutación genética para su implantación con el fin de evitar que la enfermedad genética específica de los progenitores se transmita al niño. 

Hay varias razones por las que una persona o una pareja podrían beneficiarse de la IVG:

• Cuando las TRA existentes no han tenido éxito.
• Cuando las TRA existentes no son adecuadas debido a la falta de ovarios/testículos, óvulos/espermatozoides o ainfertilidad como consecuencia de la edad o de tratamientos contra el cáncer.
• Cuando se sabe que las parejas son portadoras de enfermedades genéticas y desean crear un grupo más amplio de embriones entre los que elegir.
• Para evitar los riesgos y las cargas de las TRA existentes, que pueden incluir inyecciones hormonales, un seguimiento muy exhaustivo y la extracción de óvulos.
• Para parejas del mismo sexo que solo producen óvulos o espermatozoides de forma natural.
• Para personas solteras que son infértiles y desean crear un óvulo o espermatozoide a partir de sus propias células madre para ser fecundados por un donante.
• Para personas solteras que desean utilizar su propio óvulo o espermatozoide natural con un óvulo o espermatozoide derivado de sus propias células madre, lo que les permite ser los únicos progenitores genéticos. 

Las células madre pluripotentes son células que pueden convertirse en cualquier otro tipo de célula del cuerpo. Durante el desarrollo embrionario, poblaciones de células madre maduran y se convierten en diferentes tipos de células, perdiendo su pluripotencia. Sin embargo, existen métodos para «reprogramar» una célula madura y devolverla a su estado pluripotente, y estas células pluripotentes (iPSC) pueden producir cualquier tipo de célula del cuerpo.  

Figure 1: Sources of pluripotent stem cells. 

Se puede obtener un tipo de célula madre pluripotente de  embriones en fases muy tempranas del desarrollo. A los cinco días, el embrión se denomina blastocisto. Éste está formado por una capa externa de células llamada trofoblasto y una capa interna llamada masa celular interna (ICM). Las células de la ICM son pluripotentes, pero pierden su pluripotencia al desarrollar otras células y tejidos embrionarios tras la implantación en el útero.  

When ICM pluripotent cells are grown outside the embryo in the lab, they are known as embryonic stem cells (ESC). ESC were the first population of pluripotent stem cells (PSC) available to researchers, first derived from human embryos in 1998. 

Cuando las células pluripotentes de la MCI se cultivan fuera del embrión en el laboratorio, se denominan células madre embrionarias (CME). Las CME fueron el primer tipo de células madre pluripotentes (CMP) disponibles para los investigadores. Se obtuvieron por primera vez a partir de embriones humanos en 1998. 

En niños o adultos no existen fuentes bien establecidas de células madre pluripotentes ya que la mayoría de ellas ya se han comprometido con un destino celular y han perdido, por tanto, su pluripotencia. En 2006, el investigador Shinya Yamanaka demostró que las células de la piel de ratones también podían convertirse en células madre pluripotentes. A este proceso es conocidocomo reprogramación. Las células resultantes tras la reprogramación se asemejaban a las células madre embrionarias por lo que las denominó células madre pluripotentes inducidas (iPSC). Al igual que las células madre embrionarias, estas células tienen el potencial de formar todos los tipos de células del cuerpo, incluidos los óvulos y los espermatozoides. Pronto se demostró que esta tecnología también funcionaba con células humanas. La generación de iPSC supuso una revolución en el campo de las células madre y en la medicina en general, y fue galardonada con el Premio Nobel en 2012, solo cinco años después de que la tecnología se aplicara a células humanas. En la actualidad, se ha conseguido crear  iPSC a partir de muchos tipos de células, incluidas células de la piel, células sanguíneas e incluso células recogidas de la orina. 

Tras la fecundación de embriones en la clínica para realizar FIV, se cultivan durante varios días hasta que alcanzan la fase de blastocisto, que consiste en la masa celular interna y el trofoectodermo que la rodea. El trofectodermo son las células que dan lugar a las estructuras de soporte, como la placenta y las membranas amnióticas durante el embarazo. En esta fase, los progenitores pueden optar por la realización de PGT.

Se extraen 4-5 células del trofoectodermo. Estas células se secuencian genéticamente para detectar si el embrión es portador de la variante genética de la enfermedad. Una vez identificados los embriones que no son portadores,  éstos pueden transferirse al útero de la madre biológica o subrogada o congelarse para su uso futuro. Esta estrategia reduce el número de embriones que puede utilizar una pareja y, por lo tanto, puede requerir un mayor número de embriones iniciales. En algunos casos, se necesitan varias rondas de FIV antes de lograr un embarazo con un embrión que no sea portador de las variantes genéticas no deseadas. No es posible realizar pruebas genéticas a los óvulos y los espermatozoides antes de la fecundación, ya que el análisis del ADN de las células con las técnicas actuales destruiría la célula.

Una estrategia alternativa sería el uso de edición genética  para corregir mutaciones en embriones, en lugar de seleccionar aquellos que no presentan mutaciones. Sin embargo, existen importantes consideraciones técnicas y éticas que lo impiden. La tecnología actual de edición genética puede afectar a partes no deseadas del ADN, provocando efectos secundarios no deseados. También sería difícil corregir la mutación en todas las células del embrión, lo que daría lugar a que algunas células portaran la mutación y pudieran afectar a la salud de la progenie..

Además de superar las barreras científicas, los próximos pasos también deben incluir la consideración de importantes barreras sociales, éticas y jurídicas. La legislación que regula el uso y la creación de embriones varía en todo el mundo. Ésta,,a menudo refleja la cultura y las normas sociales propias de cada país, así como la legislación vigente en ámbitos similares de la investigación y la medicina. Si las tecnologías de IVG se vuelven científicamente viables, será necesario modificar la legislación para permitir su aplicación clínica. Es probable que cualquier reforma normativa se vea influida por la opinión de la comunidad sobre la IVG y las tecnologías reproductivas. Concretamente,  el se requerirá el abordaje de cuestiones éticas fundamentales como quién debe poder utilizar estas tecnologías, cómo se garantizará un acceso equitativo a las mismas y, lo que es más importante, qué medidas de apoyo se pondrán en marcha para supervisar adecuadamente la salud de los bebés nacidos a partir de estas tecnologías a largo plazo. 

Actualmente no hay pruebas de que la IVG en seres humanos  pueda utilizarse para crear espermatozoides a partir de células madre femeninas u óvulos a partir de células madre masculinas. Sin embargo, algunas investigaciones con ratones evidencian que esto podría ser posible. 

What evidence do we have for or against this being possible? 

Pruebas de la producción de óvulos a partir de células madre pluripotentes XY (masculinas) o de esperma a partir de células madre pluripotentes XX (femeninas): 

En 2018, Li y sus colegas crearon ratones vivos con dos madres (bimaternos) y ratones vivos con dos padres (bipaternos). Sin embargo, los ratones bipaternos  murieron poco después de nacer. 

En 2023, Murakami y sus colegas lograron convertir células madre XY (masculinas) en células madre XX (femeninas). Estas células madre XY --> XX produjeron óvulos maduros y funcionales con la misma eficacia que las células madre XX naturales. Cuando se fertilizaron, estos óvulos produjeron descendencia viva, lo que proporcionó pruebas de que la reproducción bipaterna en ratones parece ser posible.

Evidencia en contra de la producción de óvulos a partir de células XY (masculinas) o de espermatozoides a partir de células XX (femeninas): 

Aunque el artículo de Murakami y colaboradores de 2023 indica que esto podría ser posible, décadas de investigación previa sobre la formación de gametos y la selección del sexo en mamíferos cuestionaban la viabilidad de formar óvulos a partir de células con cromosomas XY, o espermatozoides a partir de células sin ellos (revisado en Taketo 2015). Estos estudios previos sostienen que la producción de espermatozoides a partir de células XX (femeninas) o de óvulos a partir de células XY (masculinas) no era posible. Además, la barrera para el desarrollo de individuos sanos se observa en las aneuploidías de los cromosomas sexuales humanos asociadas a la esterilidad, entre las que se incluyen: 

• Mujeres XY: síndrome de Swyer 
• Hombres XX: síndrome de De la Chapelle 
• Hombres XXY: síndrome de Klinefelter 
• Mujeres XO: síndrome de Turner

Es importante señalar que la mayoría de estos estudios se centran en condiciones en las que tanto los óvulos o espermatozoides como el entorno que los rodea (ovarios o testículos) presentan disfunciones genéticas. Aún no se han realizado experimentos en los que se introduzcan PGC XY sanos en un ovario XX sano, o PGC XX sanos en un testículo XY sano. Sin embargo, estos experimentos serían teóricamente posibles utilizando los métodos de Hayashi mencionados anteriormente. 

Serían necesarias más investigación para ver si el trabajo de Murakami y colaboradores puede repetirse de forma fiable.