Shinya Yamanaka

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Video of a single beating cardiomyocyte, tomado de un artículo de acceso abierto coautor de Yamanaka. La solución de células por tipo celular es un paso importante en la terapia de células madre.
Shinya Yamanaka hablando en una conferencia el 14 de enero de 2010
Yamanaka y Ryōji Noyori participan en la ceremonia del 50o Campeonato de Fútbol de todo Japón

Shinya Yamanaka (山中 伸弥, Yamanaka Shin'ya, nacido el 4 de septiembre de 1962) es un investigador japonés de células madre y premio Nobel. Es profesor y director emérito del Centro de Investigación y Aplicación de Células iPS (Células Madre Pluripotentes Inducidas) de la Universidad de Kioto; investigador principal de los Institutos Gladstone, afiliados a la UCSF, en San Francisco, California; y 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).

Recibió el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento 2010 en la categoría de biomedicina, el Premio Wolf de Medicina 2011 con Rudolf Jaenisch y el Premio de Tecnología del Milenio 2012 junto con Linus Torvalds. En 2012, él y John Gurdon recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por el descubrimiento de que las células maduras pueden convertirse en células madre. En 2013, recibió el Premio Breakthrough en Ciencias de la Vida, dotado con 3 millones de dólares, por su trabajo.

Educación

Yamanaka nació en Higashiōsaka, Japón, en 1962. Tras graduarse de la Escuela Secundaria Tennōji, adscrita a la Universidad Osaka Kyoiku, obtuvo su título de médico en la Universidad de Kobe en 1987 y su doctorado en la Facultad de Medicina de la Universidad de la Ciudad de Osaka en 1993. Posteriormente, realizó una residencia en cirugía ortopédica en el Hospital Nacional de Osaka y una beca posdoctoral en el Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares de San Francisco.Posteriormente, trabajó en los Institutos Gladstone de San Francisco (EE. UU.) y en el Instituto Nara de Ciencia y Tecnología (Japón). Yamanaka es actualmente profesor y director emérito del Centro de Investigación y Aplicación de iPS (CiRA) de la Universidad de Kioto. También es investigador principal en los Institutos Gladstone.

Carrera profesional

Entre 1987 y 1989, Yamanaka fue residente de cirugía ortopédica en el Hospital Nacional de Osaka. Su primera operación fue extirparle un tumor benigno a su amigo Shuichi Hirata, una tarea que no pudo completar después de una hora, cuando un cirujano experto habría tardado unos diez minutos. Algunos superiores lo llamaban "Jamanaka", un juego de palabras con la palabra japonesa que significa obstáculo.De 1993 a 1996, trabajó en el Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares. Entre 1996 y 1999, fue profesor adjunto en la Facultad de Medicina de la Universidad de la Ciudad de Osaka, pero se dedicó principalmente a cuidar ratones en el laboratorio, no a realizar investigaciones reales.Su esposa le aconsejó que se convirtiera en médico, pero en lugar de eso, solicitó un puesto en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara. Afirmó que podía y que lo haría para aclarar las características de las células madre embrionarias, y esta actitud proactiva le valió el puesto. De 1999 a 2003, fue profesor asociado allí e inició la investigación que posteriormente le valió 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 de Frontera de la Universidad de Kioto. Entre 2010 y 2022, Yamanaka fue director y profesor del Centro de Investigación y Aplicación de Células iPS (CiRA) de la Universidad de Kioto. En abril de 2022, renunció y asumió el cargo de director emérito del CiRA, manteniendo su puesto de profesor.En 2006, él y su equipo generaron células madre pluripotentes inducidas (células iPS) a partir de fibroblastos adultos de ratón. Las células iPS se asemejan mucho a las células madre embrionarias, el equivalente in vitro de la parte del blastocisto (el embrión unos días después de la fecundación) que crece hasta convertirse en el embrión propiamente dicho. Pudieron demostrar que sus células iPS eran pluripotentes, es decir, capaces de generar todos los linajes celulares del cuerpo. Posteriormente, él y su equipo generaron células iPS a partir de fibroblastos adultos humanos, siendo de nuevo el primer grupo en lograrlo. Una diferencia clave con respecto a los intentos previos en este campo fue el uso por parte de su equipo de múltiples factores de transcripción, en lugar de transfectar un factor de transcripción por experimento. Comenzaron con 24 factores de transcripción conocidos por su importancia en el embrión temprano, pero finalmente lograron reducirlos a cuatro factores de transcripción: Sox2, Oct4, Klf4 y c-Myc.

Investigación ganadora del Premio Nobel de Yamanaka en células iPS

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

Tipos de células diferentes

Existen diferentes tipos de células madre.

Estos son algunos tipos de células que ayudarán a comprender el material.
Tipos de célulasCaracterísticas
Células tipotentesPuede dar lugar a todos los otros tipos de células. La totipotencia permanece a través de las primeras divisiones celulares, por ejemplo, el óvulo fertilizado.
Pluripotent cellsPuede desarrollarse en todos los tipos de células (excepto los que forman el saco amniótico y la placenta). Por ejemplo, el embrión temprano consiste principalmente en células madre pluripotentes.
Celdas multipotentesPuede convertirse en cualquiera de una familia de tipos de células estrechamente relacionados. Por ejemplo, las células multipotentes de sangre pueden desarrollarse en varios glóbulos sanguíneos.

Técnicas de células madre diferentes

TipoProsCons
Somatic cell replication Embryonic Stem (ES) cellNo rechazo

inmunitario Trasplantaciones teóricas específicas para pacientes

Ningún caso de éxito
Muchas células humanas necesitadas
Cuestión ética: Puede clonar humanos
Célula ES de huevo fertilizado

Pluripotent Gran investigación

Rechazo inmunitario reducible a través del banco de células madre

Uso fertilizado de huevos
Rechazo inmunitario
Potencia oncogénica
(no se puede utilizar para el ensayo clínico)
Celda pluripotente inducida (iPS) No hay cuestión

ética Pluripotent

Potencia

oncogénica Edad anormal

célula madre adultaMucha

investigación No rechazo inmunitario Seguro (ensayos clínicos)

No tanto potencial de diferenciación como célula ES

Antecedentes históricos

A principios del siglo XX, la opinión predominante era que las células maduras permanecían permanentemente en su estado diferenciado y no podían volver a su estado de células madre pluripotentes completamente inmaduras. Se creía que la diferenciación celular solo podía ser un proceso unidireccional. Por lo tanto, las células indiferenciadas del óvulo o embrión temprano solo podían 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.El hecho de que los tipos celulares diferenciados presentaran patrones específicos de proteínas sugirió que modificaciones epigenéticas irreversibles o alteraciones genéticas eran la causa de la diferenciación celular unidireccional. Por lo tanto, las células se ven progresivamente más restringidas en su potencial de diferenciación y finalmente pierden pluripotencia.En 1962, John B. Gurdon demostró que el núcleo de una célula epitelial intestinal de rana diferenciada puede generar un renacuajo completamente funcional mediante trasplante a un óvulo enucleado. Gurdon utilizó la transferencia nuclear de células somáticas (TNCS) como método para comprender la reprogramación y cómo las células cambian en su especialización. Concluyó que los núcleos de células somáticas diferenciadas tenían el potencial de revertir a la pluripotencia. Esto representó un cambio de paradigma en aquel momento. Demostró que un núcleo celular diferenciado conserva 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 completamente para volverse pluripotente.

Investigación de Yamanaka

Shinya Yamanaka demostró que la introducción de un pequeño conjunto de factores de transcripción en una célula diferenciada era suficiente para revertirla a un estado pluripotente. Yamanaka se centró en los factores importantes para mantener la pluripotencia en las células madre embrionarias (CE). Esta fue la primera vez que una célula somática diferenciada intacta pudo reprogramarse para volverse pluripotente.Sabiendo que los factores de transcripción participaban en el mantenimiento del estado pluripotente, seleccionó un conjunto de 24 factores de transcripción de células madre embrionarias (ES) como candidatos para restablecer la pluripotencia en células somáticas. Primero, recopiló los 24 factores candidatos. Cuando los 24 genes que codifican estos factores de transcripción se introdujeron en fibroblastos cutáneos, pocos generaron colonias notablemente similares a las de las células ES. En segundo lugar, realizó experimentos adicionales añadiendo un número menor de factores de transcripción para identificar los factores clave, mediante un sistema de ensayo muy simple y, a la vez, sensible. Finalmente, identificó los cuatro genes clave. Descubrieron que cuatro 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) y su frecuencia de aparición es muy baja. Las células iPS pueden seleccionarse insertando el gen b-geo en el locus Fbx15. El promotor Fbx15 está activo en las células madre pluripotentes, lo que induce la expresión de b-geo, lo que a su vez genera resistencia a G418; esta resistencia nos ayuda a identificar las células iPS en cultivo.Además, en 2007, Yamanaka y sus colegas descubrieron células iPS con transmisión germinal (mediante la selección del gen Oct4 o Nanog). También en 2007, fueron los primeros en producir células iPS humanas.Algunos de los problemas que enfrentan los métodos actuales de pluripotencia inducida son la muy baja tasa de producción de células iPS y el hecho de que se ha demostrado que los cuatro factores de transcripción son oncogénicos.En julio de 2014, durante un escándalo relacionado con la investigadora japonesa de células madre Haruko Obokata, que falsificó datos, manipuló imágenes y plagió el trabajo de otros, Yamanaka se enfrentó al escrutinio público por la falta de documentación completa en su trabajo. Yamanaka negó haber manipulado imágenes en sus artículos sobre células madre embrionarias de ratón, pero no pudo encontrar notas de laboratorio que confirmaran que los datos sin procesar coincidieran con los resultados publicados.

Otras investigaciones y perspectivas futuras

Desde el descubrimiento original de Yamanaka, se ha profundizado considerablemente la investigación en este campo y se han logrado numerosas mejoras en la tecnología. Las mejoras en la investigación de Yamanaka, así como las perspectivas futuras de sus hallazgos, son las siguientes:
  1. Se ha mejorado el mecanismo de ejecución de los factores de pluripotencia. Al principio se utilizaron vectores retrovirales que se integran aleatoriamente en el genoma y causan desregulación de genes que contribuyen a la formación tumoral. Sin embargo, ahora se utilizan virus no integradores, ARN estabilizados o proteínas, o plasmides episómicos (mecanismo de entrega libre de integración).
  2. Se han identificado factores de transcripción necesarios para inducir la pluripotencia en diferentes tipos de células (por ejemplo, células madre neuronales).
  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 celular sin proceder a través de un estado pluripotente. Fueron capaces de identificar sistemáticamente genes que realizan transdiferenciación utilizando combinaciones de factores de transcripción que inducen los interruptores del destino celular. Encontraron trandifferentiation within germ layer and between germ layers, e.g., exocrine cells to endocrine cells, fibroblast cells to myoblast cells, fibroblast cells to cardiomyocyte cells, fibroblast cells to neurons
  5. La terapia de reemplazo celular con células iPS es una posibilidad. Las células madre pueden reemplazar las células enfermas o perdidas en trastornos degenerativos y son menos propensos al rechazo inmunitario. Sin embargo, existe el peligro de que pueda introducir mutaciones u otras anomalías genómicas que lo hagan inadecuado para la terapia celular. Por lo tanto, todavía hay muchos desafíos, pero es un área de investigación muy emocionante y prometedor. Se requiere más trabajo para garantizar la seguridad de los pacientes.
  6. Puede utilizar médicamente células iPS de pacientes con trastornos genéticos y otros para obtener información sobre el proceso de enfermedad. - Esclerosis lateral amiotrófica (ALS), síndrome de Rett, atrofia muscular espinal (SMA), deficiencia de α1-antitripsina, hipercolesterolemia familiar y tipo de enfermedad de almacenamiento de glucógeno 1A. - Para enfermedades cardiovasculares, síndrome de Timothy, síndrome de LEOPARD, tipo 1 y 2 síndrome QT largo - Alzheimer, ataxia Spinocerebellar, Huntington, etc.
  7. Las células iPS proporcionan plataformas de detección para el desarrollo y validación de compuestos terapéuticos. Por ejemplo, la kinetina era un compuesto novedoso encontrado en células iPS de la disautonomia familiar y bloqueadores de canales de beta para el síndrome QT largo se identificaron con 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 descubrir el verdadero potencial de nuestras células.En 2013, se utilizaron células iPS para generar un hígado humano vascularizado y funcional en ratones en Japón. Se emplearon múltiples células madre para diferenciar los componentes del hígado, que posteriormente se autoorganizaron en la compleja estructura. Al colocarse en un huésped ratón, los vasos hepáticos se conectaron con los vasos del huésped y realizaron funciones hepáticas normales, incluyendo la descomposición de fármacos y secreciones hepáticas.En 2022, se demostró que los factores de Yamanaka afectan las medidas relacionadas con la edad en ratones mayores.

Reconocimiento

En 2007, Yamanaka fue reconocido como "Persona Importante" en la edición Persona del Año de la revista Time. También fue nominado como Finalista de la lista Time 100 de 2008. En junio de 2010, Yamanaka recibió el Premio Kioto por reprogramar células cutáneas adultas a precursores pluripotenciales. Yamanaka desarrolló el método como alternativa a las células madre embrionarias, evitando así la destrucción de embriones.En mayo de 2010, Yamanaka recibió el título honorífico de Doctor en Ciencias por parte de la Facultad de Medicina del Monte Sinaí.En septiembre de 2010, recibió el Premio Balzan por su trabajo en biología y células madre.Yamanaka fue incluido en la lista de los 15 científicos asiáticos a tener en cuenta por la revista Asian Scientist el 15 de mayo de 2011. En junio de 2011, recibió el primer Premio McEwen a la Innovación; compartió el premio de 100.000 dólares con Kazutoshi Takahashi, autor principal del artículo que describe la generación de células madre pluripotentes inducidas.En junio de 2012, recibió el Premio de Tecnología del Milenio por su trabajo con células madre. Compartió el premio de 1,2 millones de euros con Linus Torvalds, creador del núcleo de Linux. En octubre de 2012, él y su colega investigador en células madre, John Gurdon, recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina «por el descubrimiento de que las células maduras pueden reprogramarse para volverse pluripotentes».
  • 2007 – Premio científico de Osaka
  • 2007 – Premio Inoue de Ciencia
  • 2007 – Premio Asahi
  • 2007 – Premio de Investigación del Cáncer de Meyenburg
  • 2008 – Premio Yamazaki-Teiichi en Ciencia Biológica y Tecnología
  • 2008 – Premio Robert Koch
  • 2008 – medallas de honor (Japón) (con cinta púrpura)
  • 2008 – Premio Shaw en Ciencias de la Vida y Medicina
  • Premio conmemorativo de Sankyo Takamine
  • 2008 – Premio de Misa de la Keck School of Medicine, University of Southern California
  • 2008 - Premio de Plata de la Academia Americana de Logros
  • 2009 – Premio Lewis S. Rosenstiel por trabajo distinguido en investigación médica básica
  • 2009 – Premio Internacional de la Fundación Gairdner
  • 2009 – Premio Albert Lasker para la Investigación Médica Básica
  • 2010 – Premio Balzan para células madre: Biología y aplicaciones potenciales
  • 2010 – Premio Marzo de Dimes en Biología del Desarrollo
  • 2010 – Premio Kioto de Biotecnología y Tecnología Médica
  • 2010 – Persona del Mérito Cultural
  • 2010 – Premio Fundación BBVA Frontiers de Conocimiento en la Categoría Biomedicina
  • 2011 – Premio Centro Médico Albany en biomedicina
  • 2011 – Premio Lobo en Medicina
  • 2011 – Premio Internacional Rey Faisal de Medicina
  • Premio McEwen a la Innovación
  • 2012 – Milenio Premio de Tecnología
  • 2012 – Miembro de la Academia Nacional de Ciencias
  • 2012 – Premio Nobel de Fisiología o Medicina
  • 2012 - Orden de Cultura
  • 2013 – Premio de avances en ciencias de la vida
  • 2013 – Miembro de la Pontificia Academia de Ciencias
  • 2014 – Excelencia 150 aniversario de UCSF Premios
  • 2016 – Profesor emérito honorable, Universidad Hiroshima

Interés en deportes

Yamanaka practicó judo (cinturón negro 2.º Dan) y jugó rugby durante su época universitaria. También tiene experiencia en maratones. Tras un paréntesis de 20 años, compitió en la primera Maratón de Osaka en 2011 como corredor benéfico con un tiempo de 4:29:53. Participa en la Maratón de Kioto para recaudar fondos para la investigación de iPS desde 2012. Su mejor marca personal es de 3:25:20 en la Maratón de Beppu-Ōita de 2018.

Véase también

  • Catherine Verfaillie
  • Lista de premios Nobel japoneses
  • List of Nobel laureates affiliated with Kyoto University
  • Tasuku Honjo

Referencias

Referencias generales:
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  • El descubrimiento y futuro de la estema Pluripotent inducido (iPS)
  • Cierre y descubrimientos de células madre Ganar Nobel en Medicina (New York Times, 8 de octubre de 2012)
Citas específicas:
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Scholia tiene un autor perfil para Shinya Yamanaka.
  • Shinya Yamanaka, Center for iPS Cell Research and Application (CiRA), Kyoto University
  • International Society for Stem Cell Research (ISSCR)
  • "Shinya Yamanaka 2010 Premio Balzan para células madre: Biología y aplicaciones potenciales". International Balzan Prize Foundation. 2010.
  • Shinya Yamanaka en Charlie Rose
  • Shinya Yamanaka en Nobelprize.org Edit this at Wikidata
Premios
Precedido por
Michael Grätzel
 Premio de Tecnología del Milenio
2012 		Succedido por
Stuart Parkin
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