Shinya Yamanaka

Shinya Yamanaka (山 中 伸 弥, Yamanaka Shin'ya , nacido el 4 de septiembre de 1962) es un investigador japonés de células madre , ganador del Premio Nobel . [2] [3] [4] Se desempeña como director del Centro de Investigación y Aplicación de Células iPS ( Células Madre Pluripotentes Inducidas ) y es profesor en el Instituto de Ciencias Médicas Fronterizas de la Universidad de Kyoto ; como investigador principal en los Institutos J. David Gladstone afiliados a UCSF en San Francisco, California; y como profesor de anatomía en la Universidad de California, San Francisco(UCSF). Yamanaka también fue presidente de la Sociedad Internacional para la Investigación de Células Madre (ISSCR).

Shinya Yamanaka
Shinya yamanaka10.jpg
Yamanaka en 2010
Nació( 04/09/1962 )4 de septiembre de 1962 (58 años)
Higashiōsaka, Osaka , Japón
Nacionalidadjaponés
alma materUniversidad de Kobe ( MD )
Universidad de la ciudad de Osaka ( PhD )
Conocido porCélula madre pluripotente inducida
PremiosPremio Meyenburg (2007)
Premio Massry (2008)
Premio Robert Koch (2008)
Premio Shaw (2008)
Premio Internacional de la Fundación Gairdner (2009)
Premio Albert Lasker de Investigación Médica Básica (2009)
Premio Balzan (2010)
Premio Kyoto (2010)
Fundación BBVA Fronteras Premio al Conocimiento (2010)
Premio Wolf (2011)
Premio McEwen a la Innovación (2011)
Miembro de la Academia Nacional de Ciencias [1] (2012)
Premio de Tecnología del Milenio (2012)
Premio Nobel de Fisiología o Medicina (2012)
Carrera científica
CamposCélula de vástago de investigación [2] [3] [4]
InstitucionesUniversidad de Kyoto
Instituto de Ciencia y Tecnología Nara Instituto
Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares
Universidad de California, San Francisco
"> Archivo: Un solo latido de cardiomiocitos, cinco días después de la purificación del cultivo celular.ogvReproducir medios
Video de un cardiomiocito latiendo , tomado de un artículo de acceso abierto en coautoría con Yamanaka. [5] El aislamiento de células por tipo de célula es un paso importante en la terapia con células madre .
Shinya Yamanaka hablando en una conferencia el 14 de enero de 2010
El primer ministro de la India, Narendra Modi, visita a Shinya Yamanaka en CiRA, Universidad de Kyoto.
Yamanaka y Ryōji Noyori participando en la ceremonia del 50 ° Campeonato de Rugby de Japón

Recibió el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento 2010 en la categoría de biomedicina, el Premio Wolf de Medicina 2011 con Rudolf Jaenisch , [6] y el Premio Tecnología del Milenio 2012 junto a Linus Torvalds . En 2012, él y John Gurdon recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por el descubrimiento de que las células maduras se pueden convertir en células madre . [7] En 2013 recibió el premio Breakthrough Prize in Life Sciences de $ 3 millones por su trabajo.

Yamanaka nació en Higashiōsaka , Japón, en 1962. Después de graduarse de la escuela secundaria Tennōji adjunta a la Universidad Osaka Kyoiku , [8] recibió su título de médico en la Universidad de Kobe en 1987 y su doctorado. Licenciado en la Escuela de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Osaka en 1993. Después de esto, realizó una residencia en cirugía ortopédica en el Hospital Nacional de Osaka y una beca postdoctoral en los Institutos de Enfermedad Cardiovascular J. David Gladstone , San Francisco.

Posteriormente trabajó en los Institutos Gladstone en San Francisco, Estados Unidos, y en el Instituto de Ciencia y Tecnología Nara en Japón. Yamanaka es actualmente profesor en la Universidad de Kyoto , donde dirige su Centro de Investigación y Aplicación de iPS. También es investigador principal en los Institutos Gladstone y director del Centro de Investigación y Aplicación de Células iPS. [9]

Entre 1987 y 1989, Yamanaka fue residente de cirugía ortopédica en el Hospital Nacional de Osaka. Su primera operación fue extirpar un tumor benigno de su amigo Shuichi Hirata, una tarea que no pudo completar después de una hora, cuando un cirujano experto habría tardado unos diez minutos. Algunas personas mayores se refirieron a él como "Jamanaka", un juego de palabras con la palabra japonesa para obstáculo. [10]

De 1993 a 1996, estuvo en el Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares. Entre 1996 y 1999, fue profesor asistente en la Facultad de Medicina de la Universidad de la ciudad de Osaka, pero se encontró principalmente cuidando ratones en el laboratorio, no realizando una investigación real. [10]

Su esposa le aconsejó que se convirtiera en médico en ejercicio, pero en cambio solicitó un puesto en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara . Afirmó que podía y quería aclarar las características de las células madre embrionarias, y esta actitud positiva le valió el puesto. De 1999 a 2003, fue profesor asociado allí y comenzó la investigación que más tarde le valdría el Premio Nobel de 2012. Se convirtió en profesor titular y permaneció en el instituto en ese puesto de 2003 a 2005. Entre 2004 y 2010, Yamanaka fue profesor en el Instituto de Ciencias Médicas Fronterizas. [11] Actualmente, Yamanaka es el director y profesor del Centro de Investigación y Aplicación de Celdas iPS en la Universidad de Kyoto .

En 2006, él y su equipo generaron células madre pluripotentes inducidas (células iPS) a partir de fibroblastos de ratones adultos . [2] Las células iPS se parecen mucho a las células madre embrionarias , el equivalente in vitro de la parte del blastocisto (el embrión unos días después de la fertilización) que crece para convertirse en el embrión propiamente dicho. Podían demostrar que sus células iPS eran pluripotentes , es decir, capaces de generar todos los linajes celulares del cuerpo. Más tarde, él y su equipo generaron células iPS a partir de fibroblastos adultos humanos, [3] nuevamente como el primer grupo en hacerlo. Una diferencia clave con los intentos anteriores del campo fue el uso de múltiples factores de transcripción por parte de su equipo , en lugar de transfectar un factor de transcripción por experimento. Comenzaron con 24 factores de transcripción conocidos por ser importantes en el embrión temprano, pero al final podrían reducirlo a 4 factores de transcripción: Sox2 , Oct4 , Klf4 y c-Myc . [2]

El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2012 se otorgó conjuntamente a Sir John B. Gurdon y Shinya Yamanaka "por el descubrimiento de que las células maduras pueden reprogramarse para volverse pluripotentes ". [12]

Tipos de células de fondo diferente

Existen diferentes tipos de células madre.

Estos son algunos tipos de células que ayudarán a comprender el material.

Tipos de celdasCaracteristicas
Células totipotentespuede dar lugar a todos los demás tipos de células. La totipotencia permanece a través de las primeras divisiones celulares, por ejemplo, el óvulo fertilizado.
Células pluripotentesPuede convertirse en todos los tipos de células (excepto en las que forman el saco amniótico y la placenta. Por ejemplo, el embrión temprano se compone principalmente de células madre pluripotentes.
Células multipotentesPuede convertirse en cualquiera de una familia de tipos celulares estrechamente relacionados. Por ejemplo, las células sanguíneas multipotentes pueden convertirse en varias células sanguíneas.

Técnicas con diferentes antecedentes de células madre

TipoProsContras
Replicación de células somáticas Célula madre embrionaria (ES)Sin rechazo inmunológico

Posibles trasplantes teóricamente específicos de cada paciente

Ningún caso de éxito
Se necesitan muchos óvulos humanos Problema
ético: ¿Se pueden clonar humanos?
Célula ES de óvulos fertilizadosPluripotente

Mucha investigación hecha

Rechazo inmunológico reducible a través del banco de células madre

Uso de huevos fertilizados
Rechazo inmunológico
Potencial oncogénico
(no se puede usar para ensayos clínicos)
Célula madre pluripotente inducida (iPS) Sin problema ético

Pluripotente

Potencial oncogénico

Envejecimiento anormal

Célula madre adultaMucha investigación

Sin rechazo inmune Seguro (ensayos clínicos)

No es tan potencial como la célula ES


Antecedentes históricos que llevaron a la investigación de Yamanaka

La opinión predominante a principios del siglo XX era que las células maduras estaban permanentemente encerradas en el estado diferenciado y no pueden volver a un estado de células madre pluripotentes completamente inmaduras. Pensaron que la diferenciación celular solo puede ser un proceso unidireccional. Por lo tanto, las células de óvulo / embrión temprano no diferenciadas solo pueden convertirse en células especializadas. Sin embargo, las células madre con potencia limitada (células madre adultas) permanecen en la médula ósea, el intestino, la piel, etc. para actuar como fuente de reemplazo celular. [13]

El hecho de que los tipos de células diferenciadas tuvieran patrones específicos de proteínas sugirió modificaciones epigenéticas irreversibles o alteraciones genéticas como la causa de la diferenciación celular unidireccional. Entonces, las células se vuelven progresivamente más restringidas en el potencial de diferenciación y eventualmente pierden pluripotencia. [14]

En 1962, John B. Gurdon demostró que el núcleo de una célula epitelial intestinal de rana diferenciada puede generar un renacuajo completamente funcional mediante el trasplante a un huevo enucleado. Gurdon utilizó la transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) como un método para comprender la reprogramación y cómo las células cambian en especialización. Concluyó que los núcleos de células somáticas diferenciadas tenían el potencial de volver a la pluripotencia. Este fue un cambio de paradigma en ese momento. Mostró que un núcleo celular diferenciado ha conservado la capacidad de revertir con éxito a un estado indiferenciado, con el potencial de reiniciar el desarrollo (capacidad pluripotente).

Sin embargo, aún quedaba la pregunta de si una célula diferenciada intacta podría reprogramarse por completo para convertirse en pluripotente.

La investigación de Yamanaka

Shinya Yamanaka demostró que la introducción de un pequeño conjunto de factores de transcripción en una célula diferenciada era suficiente para revertir la célula a un estado pluripotente. Yamanaka se centró en factores que son importantes para mantener la pluripotencia en las células madre embrionarias (ES). Sabiendo que los factores de transcripción estaban involucrados en el mantenimiento del estado pluripotente, seleccionó un conjunto de 24 factores de transcripción de células ES como candidatos para restablecer la pluripotencia en las células somáticas.

Primero, recopiló los 24 factores candidatos. Cuando los 24 genes que codifican estos factores de transcripción se introdujeron en los fibroblastos de la piel, pocos realmente generaron colonias que fueran notablemente similares a las células madre embrionarias. En segundo lugar, se realizaron más experimentos con un menor número de factores de transcripción añadidos para identificar los factores clave, a través de un sistema de ensayo muy simple pero sensible. Por último, identificó los cuatro genes clave. Descubrieron que 4 factores de transcripción (Myc, Oct3 / 4, Sox2 y Klf4) eran suficientes para convertir fibroblastos embrionarios o adultos de ratón en células madre pluripotentes (capaces de producir teratomas in vivo y contribuir a la formación de ratones quiméricos).

Estas células pluripotentes se denominan células madre pluripotentes inducidas (iPS); aparecieron con muy baja frecuencia. Las células iPS se pueden seleccionar insertando el gen b-geo en el locus Fbx15. El promotor Fbx15 es activo en células madre pluripotentes que inducen la expresión de b-geo, que a su vez da lugar a la resistencia a G418; esta resistencia nos ayuda a identificar las células iPS en cultivo.

Además, en 2007, Yamanaka y sus colegas encontraron células iPS con transmisión de línea germinal (mediante la selección del gen Oct4 o Nanog). También en 2007, fueron los primeros en producir células iPS humanas.

Sin embargo, existen algunas dificultades que superar. La primera es la cuestión de la muy baja tasa de producción de células iPS, y la otra es el hecho de que los 4 factores transcripcionales han demostrado ser oncogénicos.

No obstante, este es un descubrimiento verdaderamente fundamental. Esta fue la primera vez que se pudo reprogramar una célula somática diferenciada intacta para convertirse en pluripotente. Esto abrió un campo de investigación completamente nuevo.

En julio de 2014, un escándalo relacionado con la investigación de Haruko Obokata se relacionó con Yamanaka. No pudo encontrar las notas de laboratorio del período en cuestión [15] y tuvo que disculparse. [16] [17]

Más investigación y perspectivas de futuro

Desde el descubrimiento original de Yamanaka, se han realizado muchas más investigaciones en este campo y se han realizado muchas mejoras en la tecnología. Las mejoras realizadas en la investigación de Yamanaka, así como las perspectivas futuras de sus hallazgos, son las siguientes:

1. Se ha mejorado el mecanismo de administración de factores de pluripotencia. En un principio se utilizaron vectores retrovirales, que se integran aleatoriamente en el genoma y provocan la desregulación de genes que contribuyen a la formación de tumores. Sin embargo, ahora se utilizan virus que no se integran, proteínas o ARN estabilizados o plásmidos episomales (mecanismo de liberación sin integración).

2. Se han identificado los factores de transcripción necesarios para inducir la pluripotencia en diferentes tipos de células (por ejemplo, células madre neurales).

3. Se identificaron pequeñas moléculas sustitutivas que pueden sustituir la función de los factores de transcripción.

4. Se llevaron a cabo experimentos de transdiferenciación. Intentaron cambiar el destino de la célula sin pasar por un estado pluripotente. Pudieron identificar sistemáticamente genes que llevan a cabo la transdiferenciación utilizando combinaciones de factores de transcripción que inducen cambios en el destino celular. Encontraron una diferenciación entre capas dentro de la capa germinal y entre capas germinales, por ejemplo, de células exocrinas a células endocrinas, de fibroblastos a células de mioblastos, de fibroblastos a células de cardiomiocitos, de fibroblastos a neuronas

5. Es posible la terapia de reemplazo celular con células iPS. Las células madre pueden reemplazar las células enfermas o perdidas en los trastornos degenerativos y son menos propensas al rechazo inmunológico. Sin embargo, existe el peligro de que pueda introducir mutaciones u otras anomalías genómicas que lo hagan inadecuado para la terapia celular. Entonces, todavía hay muchos desafíos, pero es un área de investigación muy emocionante y prometedora. Es necesario seguir trabajando para garantizar la seguridad de los pacientes.

6. Puede utilizar médicamente células iPS de pacientes con trastornos genéticos y de otro tipo para obtener información sobre el proceso de la enfermedad. - Esclerosis lateral amiotrófica (ELA), síndrome de Rett, atrofia muscular espinal (AME), deficiencia de α1-antitripsina, hipercolesterolemia familiar y enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo 1A. - Para enfermedades cardiovasculares, síndrome de Timothy, síndrome LEOPARD, síndrome de QT largo tipo 1 y 2 - Alzheimer, ataxia espinocerebelosa, Huntington, etc.

7. Las células iPS proporcionan plataformas de detección para el desarrollo y validación de compuestos terapéuticos. Por ejemplo, la kinetina fue un compuesto novedoso que se encontró en las células iPS de la disautonomía familiar y se identificaron bloqueadores beta y bloqueadores de los canales iónicos para el síndrome de QT largo con las células iPS.

La investigación de Yamanaka ha "abierto una nueva puerta y los científicos del mundo han emprendido un largo viaje de exploración, con la esperanza de encontrar el verdadero potencial de nuestras células". [18]

En 2013, las células iPS se utilizaron para generar un hígado vascularizado y funcional humano en ratones en Japón. Se utilizaron múltiples células madre para diferenciar los componentes del hígado, que luego se autoorganizaron en la estructura compleja. Cuando se coloca en un huésped de ratón, los vasos del hígado se conectan a los vasos del huésped y realizan funciones hepáticas normales, incluida la descomposición de fármacos y secreciones hepáticas. [19]

En 2007, Yamanaka fue reconocida como una "Persona que importaba" en la edición de Time Person of the Year de la revista Time . [20] Yamanaka también fue nominada como finalista de Time 100 en 2008 . [21] En junio de 2010, Yamanaka recibió el Premio de Kioto por reprogramar células cutáneas adultas para convertirlas en precursores pluripotenciales. Yamanaka desarrolló el método como una alternativa a las células madre embrionarias, evitando así un enfoque en el que los embriones serían destruidos.

En mayo de 2010, Yamanaka recibió el "título honorario de Doctor en Ciencias" de la Facultad de Medicina de Mount Sinai . [22]

En septiembre de 2010, recibió el premio Balzan por su trabajo en biología y células madre. [23]

Yamanaka ha sido incluido como uno de los 15 científicos asiáticos a seguir por la revista Asian Scientist el 15 de mayo de 2011. [24] [25] En junio de 2011, recibió el premio inaugural McEwen Award for Innovation; compartió el premio de $ 100,000 con Kazutoshi Takahashi, quien fue el autor principal del artículo que describe la generación de células madre pluripotentes inducidas. [26]

En junio de 2012, fue galardonado con el Millennium Technology Prize por su trabajo en células madre. [27] Compartió el premio de 1,2 millones de euros con Linus Torvalds , el creador del kernel de Linux. En octubre de 2012, él y su colega investigador de células madre John Gurdon recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina "por el descubrimiento de que las células maduras pueden reprogramarse para convertirse en pluripotentes". [28]

  • 2007 - Premio de Ciencias de Osaka [29]
  • 2007 - Premio Inoue de ciencia [ cita requerida ]
  • 2007 - Premio Asahi
  • 2007 - Premio de investigación sobre el cáncer de Meyenburg [30] [31]
  • 2008 - Premio Yamazaki-Teiichi en Ciencia y Tecnología Biológicas
  • 2008 - Premio Robert Koch
  • 2008 - Medallas de honor (Japón) (con cinta morada)
  • 2008 - Premio Shaw en Ciencias de la Vida y Medicina [32] [33] [34]
  • 2008 - Premio Sankyo Takamine Memorial [35]
  • 2008 - Premio Massry de la Escuela de Medicina Keck , Universidad del Sur de California
  • 2008 - Premio Golden Plate de la Academia Estadounidense de Logros [36]
  • 2009 - Premio Lewis S. Rosenstiel por trabajo distinguido en investigación médica básica [37]
  • 2009 - Premio Internacional de la Fundación Gairdner [38]
  • 2009 - Premio Albert Lasker de Investigación Médica Básica
  • 2010 - Premio Balzan de células madre: biología y aplicaciones potenciales
  • 2010 - Premio March of Dimes en Biología del Desarrollo
  • 2010 - Premio Kyoto de Biotecnología y Tecnología Médica
  • 2010 - Persona de mérito cultural
  • 2010 - Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría Biomedicina [39]
  • 2011 - Premio del Centro Médico de Albany en biomedicina
  • 2011 - Premio Wolf de Medicina
  • 2011 - Premio Internacional de Medicina Rey Faisal
  • 2011 - Premio McEwen a la innovación
  • 2012 - Premio de Tecnología del Milenio
  • 2012 - Miembro de la Academia Nacional de Ciencias [1]
  • 2012 - Premio Nobel de Fisiología o Medicina [28]
  • 2012 - Orden de Cultura
  • 2013 - Premio Breakthrough en Ciencias de la Vida
  • 2013 - Miembro de la Pontificia Academia de Ciencias [40]
  • 2014 - Premios a la excelencia de exalumnos del 150º aniversario de UCSF [41]
  • 2016 - Profesor emérito honorable, Universidad de Hiroshima

Yamanaka practicó judo ( cinturón negro de segundo Dan ) y jugó rugby cuando era estudiante universitario. También tiene un historial de correr maratones. Después de una brecha de 20 años, compitió en la maratón inaugural de Osaka en 2011 como corredor benéfico con un tiempo de 4:29:53. Participó en el Maratón de Kyoto para recaudar fondos para la investigación de iPS desde 2012. Su mejor marca personal es 3:25:20 en el Maratón Beppu-Ōita 2018 .

  • Catherine Verfaillie
  • Lista de premios Nobel japoneses
  • Lista de premios Nobel afiliados a la Universidad de Kioto

Referencias generales:

  • Fackler, Martin (11 de diciembre de 2007). "La toma de riesgos está en sus genes" . The New York Times . Consultado el 11 de diciembre de 2007 .
  • El descubrimiento y el futuro del vástago pluripotente inducido (iPS)
  • Los descubrimientos de clonación y células madre obtienen el Nobel de Medicina (New York Times, 8 de octubre de 2012)

Citas específicas:

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  41. ^ "Organizar un evento | Alumni UCSF" .

  • El Laboratorio Shinya Yamanaka, CiRA, Universidad de Kioto
  • Sociedad Internacional para la Investigación de Células Madre
  • Shinya Yamanaka, MD, Ph.D., biografía y entrevista con American Academy of Achievement
  • Fundación del Premio Internacional Balzan Shinya Yamanaka
  • Shinya Yamanaka sobre Charlie Rose
  • Shinya Yamanaka en Nobelprize.orgEdit this at Wikidata
Premios
Precedido por
Michael Grätzel 		Ganador del Millennium Technology Prize
2012		Sucedido por
Stuart Parkin