- El mundo de las células
madre - Conceptos
básicos - Fuentes para la
obtención de células madre - Clasificación de las
células madre - Células madre
adultas - Investigar con células
madre adultas - Comparando a las
células madre embrionarias con las de los
adultos - Importancia
comercial - Terapias
- Los científicos y la
investigación de las células
madre - Bibliografía
La mayoría de las células de un individuo
adulto (nos estamos refiriendo al hombre y los
mamíferos superiores) no suelen
multiplicarse, salvo para mantenimiento
de algunos tejidos como la
sangre y la
piel. Las
células del músculo y de la grasa en condiciones
normales no se dividen. Si engordamos, no es que tengamos
más células, en realidad tenemos la misma cantidad
de células, pero éstas han aumentado de
tamaño.
Si una lagartija pierde la cola, le vuelve a crecer. En
los mamíferos no ocurre así. Si un individuo pierde
un miembro, no lo vuelve a desarrollar. Su capacidad de
regeneración está limitada a la
cicatrización. Sin embargo, en prácticamente todos
los tejidos hay unas células que, aunque habitualmente no
se dividen, en condiciones particulares pueden proliferar y
regenerar ese tejido. Artificialmente se ha visto que estas
células tienen capacidad de reproducirse y generar otros
tejidos distintos, y reciben el nombre de células
madre.
Palabras clave: células madre, cigoto,
pluripotencia, embrionarias.
El mundo de las
células madre
Sabemos que nuestro cuerpo
está hecho de células de diferentes tipos (por
ejemplo, células de la sangre, células de la piel,
células cervicales). Sin embargo, a menudo nos olvidamos
de que todos estos tipos diferentes de células surgieron
de una sola célula, el
huevo fertilizado.
Los biólogos del desarrollo
estudian los extraordinarios eventos que
ocurren entre el momento de la fertilización del huevo y
la formación de un nuevo individuo.
- Los primeros pasos simplemente involucran a la
división celular: una célula se convierte en dos
células; dos células en cuatro células,
etc. - Cada una de estas células individuales en el
desarrollo temprano no está especializada (sin
diferenciar), es decir, no posee aún una función
específica en el cuerpo, aunque tiene la capacidad de
contribuir a todos los órganos de un individuo, es
decir, se conoce como totí potente. - Estas células se llaman células madre
embrionarias (ES en sus siglas en inglés) y tienen tanto la capacidad de
auto renovarse, manteniendo así un suministro continuo
de células madre, como también la habilidad de
dar origen a células especializadas (diferenciadas),
tales como células del hígado o del cerebro. - Se cree que una vez que se diferencian, las
células permanecen en este nuevo estado,
generalmente perdiendo su habilidad para dividirse.
Las células madre también existen en los
adultos y permiten que ciertos tejidos se regeneren durante la
vida. Ellas también tienen la habilidad de auto renovarse
y de poder
diferenciarse en linajes múltiples. De hecho, la lista que
identifica las células madre en adultos y las
líneas específicas de células progenitoras
(con habilidades limitadas de auto renovación) está
creciendo.
Definición de células
madre: son aquellas
células dotadas simultáneamente de la capacidad de
autor renovación (es decir, producir más
células madre) y de originar células hijas
comprometidas en determinadas rutas de desarrollo, que se
convertirán finalmente por diferenciación en tipos
celulares especializados.
En el contexto de la actual investigación, se pretende obtener
células madre que se mantengan como tales en cultivo en el
laboratorio, y
que bajo determinados estímulos puedan conducir a
poblaciones de células diferenciadas.
El zigoto (óvulo fertilizado) es una
célula totí potente, capaz de dar origen a
todo el organismo. Durante las primeras divisiones el
embrión es una esfera compacta (mórula), en
la que todas las células son totí potentes, y de
hecho esto se refleja de modo natural en los gemelos
monozigóticos. A los pocos días comienza una
primera especialización, de modo que se produce un
blastocisto, con una capa superficial que dará
origen al trofoblasto, del que deriva la placenta,
y una cavidad casi "hueca" (rellena de fluido) en la que
está la masa celular interna (m.c.i.).
Las células de esta m.c.i. son
pluritotentes, porque aunque por sí solas no pueden
dar origen al feto completo
(necesitan el trofoblasto), son el origen de todos los tejidos y
tipos celulares del adulto.
Hay que aclarar un punto: aunque las células de
la masa celular interna del blastocisto son pluripotentes, no son
en sí mismas células madre dentro del
embrión, porque no se mantienen indefinidamente como tales
in vivo, sino que se diferencian sucesivamente en los
diversos tipos celulares durante la fase intrauterina.
Lo que ocurre es que cuando se extraen del
embrión y se cultivan in vitro bajo ciertas
condiciones, se convierten en células "inmortales" dotadas
de esas dos propiedades de las que hablábamos: autor
renovación y pluripotencia.
Pluripotencia: Las
células madre pueden diferenciarse in vivo e in
vitro en una gran diversidad de tipos celulares.
In vivo dicha multipotencia se manifiesta cuando
al incorporar células madre en blastocistos pueden dar
origen a cualquier tejido u órgano,
In vitro pueden contribuir igualmente, con las
señales
adecuadas, a diferentes líneas celulares de las tres capas
embrionarias (ecto-, meso- y endodermo). Este es el campo donde
más se está investigando actualmente, por su
relevancia para la
clonación terapéutica.
Las fuentes para
la obtención de células madre
El uso clínico principal de las células madre es
como una fuente de células donantes, las cuales son usadas
en el reemplazo de células durante las terapias de
trasplante. Las células madre pueden ser obtenidas de
varias fuentes:
- Embriones de repuesto: las células madre pueden
provenir de embriones extra que han sido almacenados en
clínicas de fertilidad y que no fueron utilizados por
las parejas donantes para la concepción de niños. - Embriones de propósito especial: estos son embriones
creados por medio de fertilización in vitro
(artificialmente en el laboratorio) para el propósito
específico de obtener células madre. - Embriones clonados: estos son embriones clonados en
laboratorios por medio del método
de transferencia somática nuclear, con el fin de
cosechar sus células madre. - Fetos abortados: los fetos de desarrollo temprano que han
sido abortados contienen células madre, las cuales
pueden ser cosechadas. - Cordones umbilicales: este tejido post-parto posee
potencial para la investigación. - Tejidos u órganos adultos: se pueden obtener
células madre de tejidos u órganos provenientes
de adultos vivos durante la cirugía. - Cadáveres: el aislamiento y supervivencia de
células progenitoras neurales de tejidos post-mortem
(hasta 20 horas después de la muerte)
ha sido reportado y provee una fuente adicional de
células madre humanas.1
Las células madre embriónicas deben ser
obtenidas cuando el embrión se encuentra en un estado
temprano de su desarrollo, es decir, cuando el huevo fertilizado
se ha dividido hasta formar aproximadamente 1.000 células.
Estas células se separan y se mantienen en un envase de
cultivo celular, deteniendo así el desarrollo
embriónico que conlleva a la creación de un
individuo. Es por esto que la investigación en
células madre embriónicas es el tópico de
debates éticos. El uso de células madre de adultos
posa menos dilemas éticos. Sin embargo, las células
madre de adultos pueden no tener el mismo potencial para usos
médicos terapéuticos que tienen aquellas derivadas de los
embriones.
Clasificación de
las células madre:
En los animales
superiores, las células madre se han clasificado en dos
grupos. Por un
lado, las células madre embrionarias (Embrionic stem o
EScells). Estas células derivan de la Masa celular
interna del embrión en estadio de blastocisto (7-14
días), y son capaces de generar TODOS los diferentes tipos
celulares del cuerpo, por ello se llaman células
pluripotenciales. De estas células se derivaran, tras
muchas divisiones celulares, el otro tipo de células, la
células madre órgano-específicas. Estas
células son multipotenciales, es decir, son capaces de
originar las células de un órgano concreto en el
embrión, y también, en el adulto.
El ejemplo más claro de células madre
órgano-específicas, es el de las células de
la médula ósea, que son capaces de generar todos
los tipos celulares de la sangre y del sistema inmune.
Pero estas células madre existen en muchos más
órganos del cuerpo humano,
y podemos encontrar en la literatura científica
como ya se han aislado células madre de adulto de la piel,
grasa subcutánea, músculo cardíaco y
esquelético, cerebro, retina, páncreas…
A día de hoy, se han conseguido cultivar (multiplicar)
estas células tanto en in-vitro (en el laboratorio), como
in-vivo (en un modelo animal)
utilizándolas para la reparación de tejidos
dañados. A pesar de todo, la aplicación de estas
técnicas de transferencia de células
madre de adulto para el recambio y reparación de tejidos
enfermos está todavía en sus comienzos.
Hasta ahora ha existido la creencia generalizada de que estas
células madre órgano específicas,
están limitadas a generar sólo células
especializadas y diferenciadas del tejido donde residen, es
decir, han perdido la capacidad de dar lugar a otras estirpes
celulares de cuerpo: son células multipotenciales.
Sin embargo la reciente publicación de múltiples
estudios ha hecho cambiar esta visión de las
células madre órgano-específicas, haciendo
evidente que células madre de adulto procedentes de
cualquier tejido pueden diferenciarse a células y tejidos
de otras localizaciones y estirpes distintas.
Estos experimentos han
comprobado que células madre de adulto, cultivadas y
sometidas a ambientes humorales distintos a los habituales,
pueden reprogramarse (TRANSDIFERENCIARSE), y dar lugar a otros
tipos celulares que hasta ahora se pensaba que eran incapaces de
generar. Es decir, ya no serían multipotenciales, si no
pluripotenciales. Si esto es así, se podría decir
que no existe una diferencia esencial entre la célula
madre embrionarias y las de adulto.
En un individuo adulto hay tejidos en los que algunas de sus
células se dividen activamente, pero en otros no. Entre
los que se dividen están la médula ósea y la
piel, en ellos encontramos células madre de la
médula ósea y de la piel. Estas células se
reproducen y generan células especializadas de sangre y de
piel respectivamente. En otros tejidos se han encontrado
también células madre especializadas, capaces de
reproducirse y de generar tejidos especializados y sólo
esos tejidos. Estas células madre especializadas son muy
escasas y difíciles de aislar.
En un principio se pensó que las células madre
especializadas sólo podían general células
especializadas del mismo tipo. Sin embargo se ha observado que
estas células pueden llegar a generar células con
una especialización diferente de la original. Así
células madre neuronales de la médula espinal han
producido diferentes tipos de células
sanguíneas.
Estudios en ratas han obtenido células hepáticas
partiendo de células madre de médula espinal. Cada
día salen a la luz nuevos
ejemplos de células madre especializadas que producen
células especializadas diferentes de las esperadas. Esto
demuestra que las células madre presentes en el individuo
adulto son mucho más flexibles de lo que se pensaba.
De aquí se derivan grandes expectativas de terapias
innovadoras. Parece que las células madre adultas tienen
un gran potencial y quizá más facilidades que las
células madre embrionarias puesto que se puede partir de
células del propio individuo y, por tanto, con la misma
carga genética.
Esto solventa, además, los serios problemas
éticos de manipular y destruir embriones.
Investigar con
células madre adultas
Por otro lado, se podrían obtener células madre
del propio individuo adulto y especializarlas igualmente para
obtener otros tejidos o reconstruir los órganos
necesarios. Un buen suministro de células madre propias
podría ser el cordón umbilical obtenido en el
momento del parto y conservado congelado.
Se recogen células madre de un individuo adulto. Otra
posibilidad es guardar congelado el cordón umbilical del
bebé al nacer que puede servir como suministro muy
válido de células madre.
Se cultivan las células madre en el medio adecuado
hasta obtener el tejido que se necesite.
Se trasplanta al individuo enfermo el tejido cultivado o las
células necesarias para regenerar el órgano
enfermo.
Comparando a las
células madre embrionarias con las de los
adultos
Las células madre embrionarias
poseen ventajas y desventajas para el uso terapéutico.
Ventajas: Estas células son:
- Flexibles: Poseen el potencial de formar cualquier
célula del cuerpo. - Inmortales: Un linaje celular puede potencialmente
suministrar una cantidad infinita de células con
características cuidadosamente definidas. - Fácilmente obtenibles: los embriones humanos pueden
ser obtenidos de las clínicas de fertilidad.
Desventajas: Ellas pueden:
- Ser difíciles de controlar: El método para
inducir el tipo de célula para tratar a una enfermedad
en particular debe ser definido y optimizado. - Entrar en conflicto
con el sistema inmune del paciente: Es posible que las
células trasplantadas difieran en su perfil inmune de
las del recipiente y que sean entonces rechazadas. - Ser éticamente controversiales: Las personas que
creen que la vida comienza en el momento de la
concepción dicen que el llevar a cabo investigaciones
en embriones humanos no es ético, aún cuando el
donante dé su consentimiento.
Las células madre adultas también poseen
características tanto buenas como difíciles para el
uso terapéutico:
Ventajas: Estas células
- Ya están más o menos especializadas: La
inducción puede ser más
sencilla. - Son inmunológicamente resistentes: Los recipientes
que reciben los productos de
sus propias células madre no experimentan el rechazo
inmunológico. - Son flexibles: Las células madre adultas pueden ser
usadas para formar otros tipos de tejido. - Tienen una disponibilidad variada: Algunas células
madre adultas son fáciles de cosechar mientras que
cosechar otras, como por ejemplo, las células madre
neurales (del cerebro), puede ser peligroso para el
donante.
Desventajas: Ellas pueden:
- Estar disponibles en cantidades mínimas: Es
difícil obtenerlas en grandes cantidades. - Finitas: Ellas no viven tan largo bajo cultivo como las
células madre embriónicas. - Genéticamente inadecuadas: Las células madre
cosechadas pueden llevar consigo mutaciones que causan enfermedades o que pueden
dañarse durante la experimentación.
Bancos de cordón
umbilical: ¿un seguro de vida
biológico?
Obtenidas durante el parto, a partir de la sangre del
cordón umbilical y de la placenta, las células
madre o stem cells son crió preservadas en tambores con
hidrógeno líquido a menos 196°,
y pueden ser descongeladas en cualquier momento para ser
trasplantadas como forma de tratamiento para diversas
enfermedades que pueda sufrir en el futuro el bebe o algún
pariente cercano.
Hoy en día, el trasplante de células de
cordón umbilical se emplea en el tratamiento de
enfermedades oncohematológicas, como la leucemia o los
linfomas, así como para cualquier cáncer en cuyo
tratamiento sea necesario reconstruir la médula
ósea dañada por la quimioterapia.
Asimismo, estos trasplantes han demostrado ser efectivos
para el tratamiento de afecciones menos frecuentes, como ciertas
anemias (la de Fanconi o las betatalasemia, por ejemplo) y
trastornos metabólicos.
Todo hace suponer que en un futuro las células
madre -cuyas principales características son dividirse
indefinidamente y ser capaces de convertirse en cualquier tipo de
célula del organismo- darán alivio, cuando no cura,
a un espectro mucho mayor de enfermedades. Ya hay trabajos de
investigación que sugieren que las células madre
servirán de reemplazo para cualquier célula
dañada, como las del páncreas en la diabetes, las del
corazón
en el infarto o las
neuronas en el Parkinson y el
Alzheimer
(Chillik, 2004)
La posibilidad de contar con células madre
obtenidas del cordón umbilical (que habitualmente se
desecha tras el parto) es presentada como una alternativa
científicamente válida y éticamente
irreprochable al uso terapéutico de células madre
embrionarias
Terapias de
células madre
Las células madre ofrecen
la oportunidad de transplantar una fuente viva para la auto
regeneración. Los transplantes de médula de los
huesos (BMT en
sus siglas en inglés) son una reconocida aplicación
clínica del transplante de células madre. Los BMT
pueden repopular a la médula ósea y restaurar a
todos los tipos de células de la sangre después de
que un paciente ha recibido altas dosis de quimioterapia y/o
radioterapia, las cuales usamos como nuestra herramienta
principal para eliminar las células endógenas
cancerosas.
El aislamiento de células madre y células
progenitoras adicionales se está desarrollando ahora para
apoyar a muchas otras aplicaciones clínicas. Algunas de
estas se describen a continuación.
Reemplazo de la piel
El conocimiento
de las células madre ha hecho posible que los
científicos puedan crecer piel nueva a partir de cabellos
arrancados de la cabeza del paciente. Las células madre de
la piel (llamadas queratinocitos) residen en los folículos
del cabello y pueden ser removidas al arrancar el pelo de
raíz.3 Estas células pueden ser
cultivadas para formar un equivalente epidérmico de la
piel de los pacientes y proveer tejido para un injerto antólogo, eliminando el problema del
rechazo.
Actualmente, este método está siendo
estudiado en pruebas
clínicas como una alternativa a los injertos
quirúrgicos usados en los casos de úlceras venosas
y víctimas con quemaduras.
Transplante de células cerebrales
Las células neurales madre eran consideradas,
hasta hace poco, como estrictamente embriónicas. Numerosos
descubrimientos han comprobado que esto es incorrecto. La
identificación y localización de células
neurales madre, tanto embriónicas como adultas, ha sido un
foco importante de la investigación reciente.
Algunos objetivos
importantes para los transplantes de células neurales
madre son los pacientes con derrames cerebrales, lesiones al
cordón espinal, y enfermedades neurodegenerativas, como
por ejemplo, la Enfermedad de Parkinson.
Esta enfermedad conlleva la pérdida de células que
producen el neurotransmisor dopamina. El primer ensayo
doblemente ciego de transplantes de células fetales para
tratar a la Enfermedad de Parkinson reportó una
supervivencia y liberación de dopamina proveniente de las
células transplantadas y una mejora funcional en los
síntomas clínicos.4 Sin embargo, algunos
pacientes desarrollaron efectos secundarios, lo cual sugiere que
hubo una sobresensitización a la dopamina o demasiada
dopamina producida.
A pesar de que estos efectos secundarios no fueron
anticipados, el éxito
del experimento a nivel celular es significativo. De nuevo, se
necesitan más estudios y que los estudios actuales
continúen. Existen más de 250 pacientes que han
recibido transplantes de tejidos humanos fetales.
Varias compañías de biotecnología están desarrollando
estrategias
diferentes para las terapias de células madre.
- Diacrin ha estado desarrollando lo que llaman
xenotrasplantes, usando células fetales de cerdo. Las
pruebas clínicas han comenzado en pacientes que han
sufrido un derrame cerebral. Actualmente, estos pacientes
requieren recibir algún tratamiento en las primeras 24
horas después del derrame para poder obtener resultados
terapéuticos efectivos. Muchos pacientes no reciben
tratamiento a tiempo
porque los síntomas no son obvios al principio. La
terapia de Diacrin puede ser aplicada entre semanas y meses
después del trauma inicial. - La estrategia de
NeuroNova consiste en el cultivo de células humanas
adultas provenientes de donantes, diferenciarlas en cultivo
para que produzcan el tipo de célula deseada (neuronas
dopaminérgicas) las cuales son perdidas en la Enfermedad
de Parkinson y luego trasplantarlas directamente al cerebro de
los pacientes. - Neurotech está utilizando células
endoteliales cerebrales alteradas (modificadas para producir
Interleucina-2 humana) como una inmunoterapia para el
tratamiento de gliomas. Los resultados de los experimentos en
ratas han mostrado que estas células "recogen" a las
células del tumor, lo cual ha resultado en el inicio de
un estudio clínico.
Tratamiento para la diabetes
La diabetes afecta a 16 millones de personas en los
Estados Unidos
y es causada por el metabolismo
anormal de la insulina. Normalmente, la insulina es producida y
segregada por estructuras
celulares del páncreas llamadas isletas de
Langerhans.
Recientemente, se han podido generar células que
expresan la insulina a partir de células madre de
ratón.5 Además, estas células se
auto-organizan para formar estructuras, las cuales no solo se
parecen mucho a las isletas pancreáticas normales, sino
que también producen insulina.
Las investigaciones futuras necesitan enfocarse en
formas de optimizar las condiciones para la producción de insulina, con el fin de
proveer una terapia basada en células madre para tratar a
la diabetes que pueda reemplazar la necesidad de inyectarse
insulina constantemente.
Direcciones futuras
La
generación de nuevas neuronas en el cerebro del adulto es
limitada. Sin embargo, la autoreparación después de
la muerte de las
células de las neuronas ha sido demostrada recientemente
en ratones, lo cual sugiere que las células madre que
residen normalmente en el cerebro pueden algún día
ser estimuladas por inductores, en una manera similar a como
inducimos nuestro sistema inmune por medio de la
vacunación.6
Esto podría evitar la necesidad de usar el
trasplante de células. Hacen falta investigaciones
intensas sobre los mecanismos celulares involucrados en estos
procesos.
El potencial que las células madre embriónicas
tienen para proveer otros tipos de células diferenciadas
también necesita ser investigado. La producción de
células de músculo cardíaco, las cuales han
demostrado ser evasivas hasta ahora, sería tremendamente
beneficioso para tratar a las enfermedades cardíacas, las
cuales constituyen la enfermedad mortal más común
en los Estados Unidos.
Los científicos y la
investigación en células madre
Los
científicos creen que la investigación en
células madre puede llevar a descubrir curas para una gran
cantidad de enfermedades que nos afligen. Los grupos en contra
del aborto, algunos
grupos religiosos y ciudadanos conservadores dicen que el uso de
células provenientes de embriones es inmoral porque
destruye a la vida.
Sin embargo, una encuesta
reciente de la ABCNews/Beliefnet demostró que los
norteamericanos apoyan a la investigación en
células madre en un margen de 2 a 1, diciendo que estas
investigaciones deben ser financiadas por el gobierno federal,
a pesar de la controversia en el uso de los embriones
humanos.7
La mayor parte de los científicos No apoyan la
aplicación de estas tecnologías a la clonación de humanos (es decir, no quieren
que los embriones alterados durante las investigaciones en
células madre se desarrollen más allá de un
estado definido).
Ellos están de acuerdo con los gobiernos y con
los ciudadanos preocupados y apoyan la prohibición mundial
de este uso. Sin embargo, ellos Sí quieren tener la
oportunidad de continuar investigando a las células madre
para aplicaciones clínicas, bajo regulaciones y
legislación apropiadas, con la esperanza de poder aliviar
al sufrimiento humano.
www.embrios.org
www.ugr.es/eianez/biotecnologia
http://www.diariomedico.com/grandeshist/numero2000/reportaje3.html
http://www.elmundosalud.com/elmundosalud/noticia.html?
http://stemcells.nih.gov/info/basics/basics1.asp
Trabajo presentado por:
Miguel Ángel Ríos N.
24/05/06
Enviado por:
Carlos Gustavo Pea Sanchez