Download 12 ART ESPE 6847 celulas

12 ART ESPE 6847 celulas
1/3/06
16:24
Página 1
Artículo especial
Células troncales: esperanza
de la medicina regenerativa
C. Nombela
Catedrático de Microbiología. Facultad de Farmacia. Universidad Complutense. Madrid. España.
Las células troncales (células madre) constituyen un
campo de investigación biomédica de gran actualidad,
por las expectativas que suscita su posible aplicación
en medicina regenerativa, para abordar la reparación
de órganos y tejidos dañados por la degeneración
patológica. Son células autorrenovables, cuya
multiplicación y diferenciación a distintos tipos celulares
se puede controlar en condiciones de laboratorio. La
posibilidad de crear líneas celulares estables, a partir
de la masa interna de células del blastocisto (embrión
temprano), ha permitido disponer de células troncales
de origen embrionario, de crecimiento vigoroso y
notable plasticidad en cuanto a su diferenciación. Sin
embargo, la consideración del potencial regenerador
del organismo adulto también conduce a identificar
reservas de células troncales en distintos órganos y
tejidos, con capacidades de transdiferenciación
mayores que las imaginadas hasta hace poco. Aparte
de la médula ósea, hay reserva de células troncales en
otros muchos órganos y tejidos.
El traslado a la clínica humana de estas observaciones
exige asentar bien las evidencias experimentales.
Hasta el momento, se han abordado terapias
experimentales de cardiopatías, mediante el empleo de
células de médula ósea o miocitos, así como de
procesos inflamatorios intestinales, con células
troncales de tejido adiposo. En cambio, las células de
origen embrionario proporcionan datos científicos de
interés sobre los procesos de multiplicación y su
control, pero su aplicación clínica no resulta segura
entre otras razones por el posible descontrol de su
crecimiento. En este marco de avances científicos,
empleando adecuadamente también la
experimentación animal, así como llevando a cabo
terapias experimentales, ya en marcha con células
troncales somáticas, es como cabe plantear un
progreso adecuado de la medicina regenerativa, en
muchos trastornos necesitados de nuevas
aproximaciones clínicas.
Recientemente se concedía la Medalla Lasker (con frecuencia
antesala del Premio Nobel) a los investigadores Ernest McCulloch y James Hill, del Instituto del Cáncer de Ontario, que hace
45 años sentaban las bases conceptuales del estudio de las hoy
mal llamadas “células madre” (el nombre correcto en nuestra
lengua es el de células troncales). En un comentario reciente1,
los autores se referían a sus estudios iniciales sobre transplantes de médula ósea en ratones, basados en el análisis de la capacidad de algunas células de generar progenies variadas. Vemos
que, contra la creencia más extendida, los fundamentos del estudio de las células troncales surgen de investigaciones sobre
células del organismo adulto, no de las de origen embrionario.
Desarrollo ontogénico en función
del crecimiento y diferenciación celular
Desde la fecundación del óvulo por el espermatozoide, que da
lugar al cigoto, se inicia el desarrollo embrionario (fig. 1), con
un patrón de organización, de complejidad creciente. La variedad de tipos celulares del organismo humano, tras la gestación,
supera los dos centenares; tan gran diversificación es consecuencia de la progresiva especialización de las líneas celulares
que van surgiendo, desde las primeras estructuras que se diferencian en el embrión. La aparente indiferenciación de los estadíos iniciales de la multiplicación del cigoto, en la etapa de mórula, no significa que no haya patrones de organización incluso
Figura 1. Etapas iniciales en el desarrollo del embrión
de los mamíferos.
Etapas iniciales del desarrollo
del embrión de los mamíferos
Cigoto
Mórula
Blastocito
Las etapas iniciales del desarrollo de los mamíferos
resultan de la multiplicación del cigoto. Las células
resultantes de las primeras multiplicaciones muestran
un aspecto similar, pero se ha podido demostrar la
existencia de un patrón de organización desde el
estadio de 2 células. Finalmente, en el blastocito se
aprecia una masa interna de células, de la que
derivará el feto, y unas capas externas que originan las
membranas de la placenta.
JANO 10-16 MARZO 2006. N.º 1.598
.
www.doyma.es/jano
51
12 ART ESPE 6847 celulas
1/3/06
16:24
Artículo especial
Página 2
Células troncales: esperanza de la medicina regenerativa
C. Nombela
en el embrión temprano, con sus gradientes y sus nichos especializados, hasta el punto de darse una cierta especialización
desde las 2 primeras células iniciales resultantes de la multiplicación del cigoto. Una de ellas conducirá a la formación de los
órganos y tejidos del feto, mientras que la otra originará las
membranas placentarias. Este patrón es el que se configura en
el blastocisto, etapa en que el embrión temprano está ya listo
para la implantación uterina que conducirá al desarrollo fetal.
La multiplicidad de tipos celulares del adulto, resultante de la
creciente especialización de las poblaciones que componen las 3
capas embrionarias (endodermo, mesodermo y ectodermo), está, en última instancia, determinada tanto por el programa genético de las células como por influencias epigenéticas (propias del
nicho en que cada célula se aloja), ejercidas a través de señales
de estimulaciones mutuas2. Falta mucho para lograr una comprensión completa de las diferentes señales que modulan estos
procesos en los mamíferos incluido el hombre. El esfuerzo por
entender qué son y cómo funcionan las células troncales, dentro
un variado conjunto de investigaciones, constituye una tarea que
proporciona frutos crecientes en esa dirección.
del blastocisto se pueden obtener líneas celulares cultivables.
El crecimiento de estas células, procedentes de embriones de
distintos mamíferos, refleja su origen embrionario, tanto por la
intensidad y vigor de su multiplicación como su capacidad de
diferenciación. En masas pueden generar agrupamientos de
células de distintas características (cuerpos embrioides) pero,
estimuladas con las señales bioquímicas adecuadas, dan lugar
a células con apariencia y propiedades de células especializadas, como hepáticas, neurales, epiteliales, sanguíneas, etc.
El descubrimiento de las células troncales de origen embrionario, embryonic stem cells (ESC) en la terminología inglesa, llamó lógicamente la atención por la posibilidad de controlar en el laboratorio los complejos procesos de diferenciación de las células de animales, originando una gran variedad
de tipos celulares distintos. Ello se refleja en el término “células troncales pluripotentes”, indicativo de que en principio podrían generar toda una gran variedad de tipos celulares del organismo adulto. Sólo el cigoto sería “totipotente”, es decir, poseedor del potencial de generar un organismo completo como
tal, incluidas las estructuras placentarias que se precisan para
su gestación. En la tabla I se resumen las características fundamentales de las células troncales de origen embrionario. Su
aislamiento, también a partir de embriones humanos, llevado a
cabo por Thompson et al4, en 1998, utilizando embriones generados para reproducción humana por fecundación in vitro
(FIV), marcó un punto de inflexión en este campo, tanto por
las posibilidades que muchos le atribuyeron para la medicina
humana como por los problemas éticos que suscitó la destrucción embrionaria que el proceso conlleva, a los que me refiero
más adelante.
Células troncales: una característica
biológica y un concepto operativo
Células troncales del organismo adulto:
multipotencialidad
Las células troncales son células autorrenovables con capacidad de generar uno o más tipos celulares especializados. Indiferenciación y plasticidad serían, por tanto, sus características
definitorias. El proceso de multiplicación de células troncales
debe implicar, en definitiva, una capacidad de generar células
más diferenciadas, propias de etapas más especializadas del
desarrollo –fenómeno conocido como transdiferenciación–, al
tiempo que otras células que mantengan la troncalidad.
La variedad de células troncales descritas se materializa en
un número importante de posibilidades3, pero hay que indicar
que el concepto de células troncales tiene carácter operativo,
como tales nos referimos a las células capaces de comportase
como autorreplicativas y susceptibles de especialización, si se
les estimula con las señales adecuadas, en condiciones de laboratorio. Todo ello por el interés que ofrece su posible tratamiento para la medicina regenerativa, que aportaría una forma
de reparar órganos y tejidos, dañados por la degeneración patológica, con nuevas poblaciones celulares.
El interés por las células troncales conduce a reexaminar la
capacidad regenerativa del organismo adulto, materializada a
lo largo de toda la vida. La renovación del tejido sanguíneo,
hace del sistema hematopoyético un nicho fundamental de células troncales, que ha de permanecer funcional de forma continua, pero también se regenera el tejido cutáneo, el hepático,
el renal y otros, cuando las circunstancias lo requieren. La
búsqueda de células troncales de tejidos adultos, con capacidad de comportarse como tales en condiciones de laboratorio,
ha dado igualmente resultados positivos y sigue ocupando a
numerosos investigadores. Poblaciones celulares mesenquimales de la médula ósea de ratón se han revelado capaces de
multiplicación estable a través de más de 100 generaciones,
además de diferenciación en tipos celulares distintos, en función de las señales con las que se les estimula5, al tiempo que
se suceden otros muchos hallazgos sobre troncalidad en células somáticas. Una situación similar se observa en las células
troncales presentes en la sangre de cordón umbilical.
No cabe duda de que la multiplicación in vitro de las células
troncales del adulto es menos vigorosa —aunque al final ello
resulte ventajoso para su aplicación clínica—, así como de que
su plasticidad resulta menor, por lo que con carácter general se
les denomina “células troncales multipotentes”. Son muchas
las interrogantes que permanecen sobre la reserva de células
troncales del organismo adulto, entre ellas, cuántas y cuáles
son las localizaciones en que se encuentran, así como si todas
ellas tienen un origen común. Pero las respuestas que la inves-
Tabla I. Características operativas de las células troncales
de origen embrionario
Notable plasticidad (pluripotencialidad)
Intensa capacidad proliferativa in vitro
Diferenciación a tipos celulares distintos, mediante estimulación adecuada
Clonalidad y cariotipo estable en condiciones de laboratorio
Posibilidades de modificación genética
Capacidad tumorogénica al ser transplantadas (formación de teratomas)
Células troncales de origen embrionario:
pluripotencialidad
La posibilidad de generar embriones mediante fecundación in
vitro, así como de tratar sus etapas de desarrollo hasta blastocisto, en condiciones de laboratorio, ha potenciado la investigación sobre células troncales. De la masa interna de células
52
JANO 10-16 MARZO 2006. N.º 1.598
.
www.doyma.es/jano
12 ART ESPE 6847 celulas
1/3/06
16:24
Página 3
tigación proporciona son cada vez más llamativas; por ejemplo,
las posibles transiciones de tipo celular que se pueden observar resultan muy amplias como refleja la tabla II. Especial interés ofrece la reserva de células troncales del cerebro adulto6,
generadora de nuevas neuronas, o la notable variedad de tipos
celulares que pueden surgir de una población de monocitos,
que incluye no sólo células sanguíneas, sinotambién epiteliales,
neurales, hepáticas, vasculoendoteliales, lo que ha permitido
calificar estas células adultas como pluripotentes7.
Tabla II. Multipotencialidad de las células troncales adultas
Capacidad regeneradora en numerosos órganos y tejidos
El sistema hematopoyético, reserva fundamental de células troncales adultas
Presencia en la piel, el intestino, el músculo esquelético, el tejido adiposo, etc.
La presencia de células troncales en el sistema nervioso central tiene un
interés especial
El concepto de “restricción” en cuanto a capacidad de generación de tipos
celulares se reduce notablemente con numerosas observaciones recientes
de muy diversa índole, que incluyen, entre otras, transiciones de:
Célula hematopoyética a neural
Hematopoyética a hepática
Epidérmica a neural
Neural a cardíaca
El camino hacia la clínica: prioridad
de las células troncales adultas
Para la medicina regenerativa es importante materializar cuanto antes las posibilidades de empleo de células troncales en
tratamientos reparadores de trastornos degenerativos, muchos
de gran prevalencia. La posible regeneración del músculo cardíaco, el tratamiento de la diabetes o el abordaje de la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson o la esclerosis múltiple, para señalar algunos ejemplos, ilustran el atractivo
que adorna a las posibles terapias celulares que se proponen.
No sorprende entonces que las “células madre” atraigan la
atención de la opinión pública, con una aureola que raya en la
magia. Sin embargo, el desarrollo de terapias con estas células
implica un recorrido que combine el avance en el conocimiento
básico, con la puesta a punto de terapias experimentales en
aquellos casos en que sea razonablemente posible acceder a la
clínica humana. Naturalmente, la experimentación animal resulta esencial para establecer la prueba de concepto que abra
el necesario camino hacia el tratamiento. El recorrido estará
sembrado de expectativas así como de otras situaciones de
aparente frustración. En 2003, por ejemplo, se demostró que
una supuesta transformación de células de origen embrionario
en células productoras de insulina era, en realidad, un artefacto experimental8. En otros casos se ha apreciado que algunas
células troncales adultas se fusionan con células de un tejido
concreto, más que sufrir una transdiferenciación9.
Está claro que del estudio de las células de origen embrionario —de animales y humanas— se puede esperar un notable
progreso en la investigación básica, útil para la propia posibilidad de cualquier terapia celular: conocer las bases genéticas y
epigenéticas de la troncalidad, las señales que estimulan la especialización, la propia identificación de células troncales. Pero, la aplicación clínica de células troncales de origen embrionario —si algún día fuera posible— requeriría haber resuelto el
problema del crecimiento descontrolado y la capacidad tumorgénica de estas células, ampliamente verificada en animales.
Ello refuerza las expectativas de las células troncales obtenidas del adulto, cuyo empleo en terapias experimentales en
humanos es ya una realidad. Son experiencias iniciales que facilitarán el manejo clínico de las terapias celulares. Indicaciones como la que apunta a una notable versatilidad de células
troncales adultas (p. ej., progenitores hematopoyéticos) suponen una notable promesa. El desarrollo de estas experiencias
clínicas, a mi juicio, debe representar una prioridad si se aspira a un progreso rápido y eficaz de la medicina regenerativa.
El camino va quedando cada vez más abierto, por ejemplo,
con el tratamiento de enfermos con cardiopatías avanzadas,
empleando células de médula ósea o mioblastos, ya aplicado
experimentalmente con resultados prometedores en los hospitales universitarios de Valladolid y Pamplona. Igualmente su-
cede con la reparación de úlceras intestinales en procesos inflamatorios crónicos, mediante el empleo de una población de
células troncales presentes en el tejido graso, de fácil obtención, que se desarrolla con firmeza en el Hospital de La Paz,
en Madrid, o los abordajes regeneradores de cartílago, por poner sólo algunos ejemplos.
La clonación: mito o realidad
La clonación de la oveja Dolly, en 1997, demostró que el núcleo de una célula adulta diferenciada puede ser reprogramado, si se transplanta al citoplasma de un óvulo previamente
privado de su propio núcleo. Esa reprogramación significó la
generación de un embrión que, transferido al útero de una
hembra nodriza, daba lugar a un organismo completo. Se trata
de un hallazgo científico capital, que refuerza el principio de la
medicina regenerativa, basado en la posible “reprogramación”
del desarrollo celular. Así creo que hay que entenderlo y, muy
en especial, en lo relativo a la reprogramación del desarrollo y
diferenciación de células troncales adultas. Sin embargo, deducir del experimento de Dolly que todo estuviera a punto
para la clonación humana, o, tan si quiera que esta clonación
debía ser el objetivo, dista mucho de ser una propuesta acertada. Primero porque la clonación de Dolly, así como la de
otros mamíferos que la siguieron, se revelaba como de muy reducida eficacia, sólo uno entre varios cientos de los potenciales embriones creados resultaba capaz de generar un organismo adulto. La generación de un embrión clónico viable era,
por tanto, la excepción, no la regla.
A pesar de todo, la idea de generar embriones humanos clónicos, con la finalidad de obtener células troncales, no de gestarlos se ha formulado con notable fuerza, dándole incluso un
nombre atractivo pero equívoco, “clonación terapéutica”, basado en que las células troncales procedentes de tales embriones resultarían totalmente compatibles con el organismo clonado, por tener su misma dotación genética. Nada asegura
que esta estrategia vaya a funcionar en terapias, lo que hace
improcedente designarlo como clonación terapéutica, sólo cabe hablar de clonación para investigación. En cualquier caso, a
las dificultades y limitaciones que existen para la clonación
como tal hay que sumar un problema de concepto, no se ha
demostrado que las células de origen embrionario sean, ni vayan a ser, útiles en terapéutica. En los últimos meses, el aparente logro de embriones clónicos humanos por parte de un
grupo de Corea, de los que se habrían podido generar líneas
de células troncales plutipotenciales con alta eficiencia parecía abrir importantes expectativas, en una situación de difuJANO 10-16 MARZO 2006. N.º 1.598
.
www.doyma.es/jano
53
12 ART ESPE 6847 celulas
1/3/06
16:24
Artículo especial
Página 4
Células troncales: esperanza de la medicina regenerativa
C. Nombela
sión mediática sin precedentes, así como de controversia por
los problemas éticos que concurren.
Al concluir la escritura de este artículo, este grupo de trabajos se desmorona por momentos. El científico coreano responsable principal de la investigación trabajo ha presentado la dimisión y abandonado su universidad, tras admitir una falta de
ética en el logro de las donaciones de los ovocitos utilizados
para la experimentación. Además, ha rectificado en un par de
ocasiones los datos del trabajo que él y sus colaboradores habían publicado en la revista Science, que anuncia que el propio responsable ha solicitado la retirada del trabajo publicado.
Todo apunta a una rectificación total de los supuestos logros,
lo que resulta ilustrativo de los daños que se pueden producir
en una práctica científica condicionada por su repercusión
mediática, e incluso por conflictos que tienen a la ideología
como trasfondo. Falta en estos casos, con frecuencia, la serenidad para abordar el trabajo con rigor y exigencia. Sea como
sea, lo importante es seguir avanzando hacia el conocimiento
científico de la diferenciación de la célula animal y su posible
control y reprogramación. En esa línea los hallazgos se suceden; de gran importancia ha sido la descripción de que el núcleo de una célula adulta también se puede reprogramar fusionando con célula troncal de origen embrionario10, o la posibilidad de generar células troncales de embriones tempranos sin
provocar su destrucción11,12.
no tienen otra salida que su destrucción. La utilización de estos
embriones para la obtención de células troncales ha supuesto, y
supone, la obtención de líneas celulares de origen embrionario
que representan materiales útiles para la investigación que cabe
plantear sobre sus características y, en su caso, transferir esta
información a las iniciativas en marcha tendentes al desarrollo
de la medicina regenerativa.
Para el autor de estas líneas existen suficientes evidencias
como para postular que la medicina regenerativa avanzará
más y más rápido por la vía del manejo de las células troncales
adultas, tratando de entender su control y reprogramación, así
como desarrollando las ya prometedoras terapias experimentales existentes con este tipo de células. En cuanto a las células embrionarias, la experimentación animal debe producir todavía numerosas respuestas a preguntas que están formuladas, algunas de las cuales también pueden abordarse con las
líneas celulares ya existentes. En cuanto a las células troncales derivadas de embriones clónicos, no se puede olvidar que
son células de origen embrionario, por tanto con menores posibilidades de ser controladas en cuanto a su multiplicación y
capacidad tumorgénica. Hay, por tanto, un camino importante
a recorrer por parte de la investigación biomédica, susceptible
de ser trasladado a la práctica clínica cuando sea posible. Ese
camino puede ser exigente con la idea de que la vida humana
debe ser protegida desde sus inicios y demanda siempre rigor
científico y la exigencia de no despertar falsas expectativas. J
La medicina regenerativa en un marco ético
La consideración de un marco de regencias éticas, que permita
juzgar sobre la moralidad de determinadas intervenciones tecnológicas, resulta esencial en todo lo que concierne a la investigación biomédica actual. Es lógico que la actuación sobre la vida humana merezca una atención especial, si bien las visiones
que a veces se formulan sobre su significado en sus estadios
inicial o terminal resultan, con frecuencia, objeto de controversia. Un abordaje exhaustivo de esta cuestión en lo relativo a las
células troncales, llevado a cabo por el Comité Asesor de Ética
en la Investigación Científica y Tecnológica13, excede con mucho la extensión disponible en este artículo. Me limitaré a exponer las grandes cuestiones en relación con la medicina regenerativa, al tiempo que expresaré mi posición de valoración
exigente y propuesta de protección rigurosa de la vida humana
desde su inicio hasta su final natural. De lo expuesto también
se deduce que el progreso científico-médico es, a mi juicio,
completamente compatible con esa visión exigente y rigurosa.
El Convenio sobre la Biomedicina y los Derechos Humanos
(Convenio de Oviedo), de 1997, promovido por el Consejo de
Europa y suscrito por numerosos países, España entre ellos, estableció que la creación de embriones humanos in vitro debe
llevarse a cabo únicamente con finalidades procreativas, confiriendo siempre al embrión humano la protección suficiente. El
seguimiento de esta prescripción descarta la creación de embriones con propósitos experimentales o con cualquier otra finalidad que conduzca a su destrucción. Se incluirían, lógicamente, los embriones clónicos, así como es lógico plantear el
que se evite la creación de embriones que vayan con seguridad
a sobrar en los procesos de reproducción humana asistida mediante fecundación in vitro. Un problema que se ha planteado
en muchos lugares, en los que se ha permitido crear un número
indefinido de embriones, ha sido la acumulación de muchos de
ellos en estado de congelación, hasta llegar a un punto en que
54
JANO 10-16 MARZO 2006. N.º 1.598
.
www.doyma.es/jano
Bibliografía
1. McCulloch EA, Hill JE. Perspectives on the properties of stem
cells. Nature Med. 2005;10:1026-9.
2. Powell K. It’s the ecology, stupid! Nature. 2005;435:268-71.
3. López Barneo J. Mitos y realidades de la investigación con células
madre. Boletín SEBBM. 2005;45:16-20.
4. Thompson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, et al. Embryonic stem cell lines derived from
human blastocysts. Science. 1998;282:1145-7.
5. Jiang Y, Jahagirdar BN, Reinhardt RL, Schwartz RE, Keene CD, Ortiz-González XR, et al. Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow. Nature. 2002;418:25-7.
6. Sanai N, Tramontin AD, Quinones-Hinojosa A, Barbaro NM, Gupta
N, Kunwar S, et al. Unique astrocyte ribbon in adult human brain
contains neural stem cells but lacks chain migration. Nature.
2004;427:685-6.
7. Zhao Y, Glesne D, Huberman E. A human peripheral blood monocyte-derived subset acts as pluripotent stem cells. Proc Natl Acad
Sci USA. 2003;100:2426-31.
8. Rajagopal J, Anderson WJ, Kume S, Martínez OI, Melton DA. Insulin staining of ES cell progeny from insulin uptake. Science.
2003;299:363-4.
9. Wurmser AE, Gage FH. Cell fusion causes confusion. Nature.
2002;416:485.
10. Cowan CA, Atienza J, Melton DA, Eggan K. Nuclear Reprogramming of somatic cells after fusion with human embryonic stem
cells. Science. 2005;309:1369-74.
11. Chung Y, Klimanskaya I, Becker S, Marh J, Lu S, Johnson J, et al.
Embryonic and extraembryonic stem cell lines derived from single
mouse blastomeres. Nature. 2005. Publicado online antes de su
impresión.
12. Meissner A, Jaenisch R. Generation of nuclear transfer-derived
pluripotent ES cells from cloned Cdx2-deficient blastocysts. Nature. 2005. Publicado online antes de su impresión.
13. Comité Asesor de Ética en la Investigación Científica y Técnica. La
investigación con células troncales. Madrid: Fundación Española
de Ciencia y Tecnología (FECYT); 2003.