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Células Madre para Terapias Celulares

Lauren Pecorino

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Las células madre o troncales tienen el potencial de curar a muchas enfermedades humanas porque ellas:

  • son como células “en blanco,” con el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo humano
  • perduran; los embriones, en particular, pueden proveer una cantidad ilimitada de células madre
  • son regenerativas, pudiendo ser usadas como una fuente viva para la autoreparación

July 2001

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Células madre embriónicas pluripotentes,se originan como células de masa. Fuente: Mike Jones, Wikimedia Commons.

Este artículo intenta describir el progreso reciente logrado en la investigación sobre células madre o embrionarias y el posible futuro de sus aplicaciones terapéuticas.

El mundo de las células madre

Un huevo recientemente fertilizado tiene células que no tienen una función en particular.

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.

Las células madre embriónicas pueden convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo humano.
  • 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 totipotente.

  • Estas células se llaman células madre embriónicas (ES en sus siglas en inglés) y tienen tanto la capacidad de autorenovarse, 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 en los adultos pueden ser utilizadas también en la terapia de células, con limitaciones.

Las células madre también existen en los adultos y permiten que ciertos tejidos se regeneren durante la vida. Ellas también tienen la habilidad de autorenovarse 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 autorenovación) está creciendo.

Las fuentes de las 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.

Los embriones y el tejido adulto vivo o muerto provee células madres.
  • 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.

Comparando a las células madre embriónicas con las de los adultos

Las células madre embriónicas poseen ventajas y desventajas para el uso terapéutico.

Ventajas: Estas células son:

Los embriones pueden contribuir una fuente inagotable de células madre.
  • 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:

A menudo las células madre son difíciles de conseguir y no duran por mucho tiempo.
  • 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.

Las sorprendentes propiedades de las células madre adultas: la transdiferenciación

Las células madre pueden desarrollarse en células de hígado, corazón, sangre o cualquier otra célula.

Se cree que las células madre adultas están restringidas a producir células diferenciadas, específicas a los órganos de las cuales fueron aisladas. Recientemente, varios ejemplos han sido reportados en los cuales se demuestra que estas células madre, bajo ciertas condiciones, pueden ser inducidas a producir otros tipos de células (transdiferenciación). Por ejemplo:

  • Las células neurales madre (NSC en sus siglas en inglés) pueden dar origen a células de la sangre y de músculo esquelético
  • las células de la médula ósea pueden dar origen a músculo, a células del hígado y a astrocitos.
Las células madre pueden ser transplantadas directamente al paciente.

Cuando las NSC fueron utilizadas para formar músculo, no se necesitaron más inductores que el haberlas cultivado con células de músculo progenitoras (mioblastos) o haberlas inyectado directamente al músculo.2 Estos resultados son prometedores para las terapias de transplante de células, debido a que los experimentos sugieren que los tejidos receptores pueden instruir a las células transplantadas y conseguir el resultado deseado. De esta manera, los científicos pueden considerar si es mejor para las células madre ser diferenciadas in-vitro (artificialmente) antes del transplante o transplantarlas directamente a los tejidos defectuosos. Algunos experimentos han mostrado que las células madre transplantadas naturalmente fueron capaces de migrar a regiones donde las células habían muerto debido a un derrame cerebral (por un proceso llamado isquemia).

Terapias de células madre

Las células madre pueden renovar la sangre y los huesos después de la quimioterapia.

Las células madre ofrecen la oportunidad de transplantar una fuente viva para la autoregeneración. 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

Las células madre del cabello pueden desarrollarse en 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 autólogo, 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.

Las células madre pueden proveer dopamina - un químico faltante en las víctimas de 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

Se crearon células madre de ratones para que produjeran su propia insulina.

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

Las células madre del cerebro de ratones podían auto-repararse.

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.

Encuesta: La mayor parte de los Norteamericanos están a favor de la investigación con células madres.

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

Conclusión: La investigación con células madres debería ser procurada pero bajo la guianza legislativa.

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 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.

La Dra. Lauren Pecorino recibió su doctorado en Biología Celular y del Desarrollo en la universidad Estadal de Nueva York, en Stony Brook. También llevó a cabo trabajos post-doctorales como un EMBO Fellow en el Instituto Ludwig para Investigaciones sobre el Cáncer, en Londres, Inglaterra, trabajando en el tema de la regeneración de extremidades. Actualmente es Líder del Programa de Bioquímica de la Universidad de Greenwich, en el Reino Unido.
http://www.gre.ac.uk/schools/science/staff_directory/pecorino

Células Madre para Terapias Celulares

Estas referencias están en inglés. Las referencias no han sido traducidas al español dado que la mayoría de los artículos citan fuentes en el idioma inglés.

  1. Palmer, T., Schwartz, P.H., Taupin, P., Kaspar, B., Stein, S.A., and Gage, F.H. (2001). “Progenitor cells from human brain after death.” Nature 411: 42-43.
  2. Galli, R., Borello, U., Gritti, A., Minasi, M.G., Bjornson, C., Coletta, M., Mora, M., Cusella De Angelis, M.G., Fiocco, R., Cossu, G., and Vescovi, A. (2000). Nature Neuroscience 3: 986-991.
  3. Jahoda, C. and Reynolds, A. (2000). “Skin stem cells — a hairy issue.” Nature Medicine 6:1095-1097.
  4. Freed, C.R., Greene, P.E., Breeze, R.E., Tsai, W-Y., DuMoucel, W., Kao, R., Dillon, S., Winfield, H., Culver, S., Trojanowski, J.Q., Eidelberg, D., and Fahn, S. (2000) “Transplantation of embryonic dopamine neurons for severe Parkinson’s disease.” New England J. of Med. 344: 710-719.
  5. Lumelsky, N., Blondel, O., Laeng, P., Velasco, I., Ravin, R., McKay, R. (2001) “Differentiation of embryonic stem cells to insulin-secreting structures similar to pancreatic islets.” Science 292: 1389-1394.
  6. Magavi, S.S., Leavitt, B.R., and macklis, J.D. (2000). “Induction of neurogenesis in the necortex of adult mice.” Nature 405: 951-955
  7. “Public backs stem cell research.” An analysis by Gary Langer for ABCnews.com on June 16, 2001, using results from their survey conducted by TNS Intersearch between June 20-24, 2001. Accessed 6/01.
    http://www.abcnews.go.com/sections/politics/DailyNews/poll010626.html

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