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Células madre neuronales. Aplicaciones clínicas
Título: Células madre neuronales. Aplicaciones clínicas. Target: Bachillerato de Ciencias de la Salud. Asignatura/s:
Biología. Autor/a/es: José Antonio Martínez Barranco, Licenciado en Biología, Máster en Biomedicina Regenerativa.
L
as células madre neuronales (NSC) son un tipo de células madre específicas de sistema nervioso.
Como toda célula madre, este tipo celular se encuentra en un estado poco diferenciado y son
capaces de autorenovarse y de formar progenie celular característica de cerebro (neuronas,
astrocitos y oligodendrocitos).
Han sido identificadas dos linajes de NSC, uno de origen cortical y otro espinal. Aunque conservan y
expresan algunos genes característicos de su origen, ambos presentan características de
diferenciación y cultivo similares.
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Gráfica 1. Formación de neuroesferas usando distintos factores de crecimiento en NSC de cerebro y de médula espinal.
(Theresa K. Kelly y col. 2009).
Los marcadores típicos de las NSC son el CD133 y el CD15. Estos marcadores se expresan de manera
heterogénea y uniformemente en los cultivos in vitro de NSC. Sin embargo, se han encontrado NSC
CD133- presentes en cultivos (Tabla 1.) con la misma potencialidad diferenciadora y la misma
capacidad de crecer in vitro (Yirui Sun y col. 2009). Éstas células estarían un largo periodo en G0/G1
del ciclo celular (en CD133+ predominan S, G2 y M) lo que hace pensar que podrían tratarse de NSC
de ciclo lento. Por lo tanto, las NSC no son siempre CD133+ o CD15+ sino que su presencia está
relacionada con el ciclo celular.
CD133+
CD133+
CD133-
CD133-
CD15-
CD15+
CD15+
CD15-
4x10³cells/cm2
19.71
10.04
1.89
68.36
4x
cells/cm2
19.09
8.23
2.56
70.12
4x
cells/cm2
21.37
6.19
1.19
71.25
Tabla 1. NSC humanas en cultivo tienen el mismo porcentaje en la expresión de CD133 y CD15 independientemente de la
densidad. (Yirui Sun y col. 2009).
Hasta hace relativamente poco tiempo, las células madre estaban restringidas a unos pocos tejidos,
como puede ser la médula ósea, y era impensable que estas se encontraran en el tejido nervioso
(antes se creía que era tejido postmitótico y que no tenía la capacidad de generar nuevas neuronas).
Uno de los mejores experimentos que ponen de manifiesto la existencia de estas células madre
adultas y su potencial diferenciador fue el publicado por el grupo de Clarke y col. en el 2000. Este
grupo cultivó y expandió estas NSC en neuroesferas (agregados celulares) provenientes de un ratón
transgénico para el gen de la β-Galactoxidasa y las inyectó en embriones sanos de ratón (pudiéndose
observar la progenie mediante métodos histoquímicos con X-Gal). Del 26% de los embriones que
sobrevivieron a la inyección, 24 de 109 presentaban mosaicismo no sólo en el tejido neural, sino
también en tejidos provenientes del mesodemo (mesonefros y notocorda) y endodermo (tejido
epitelial digestivo e hígado). Fig. 2.
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A
B
Fig. 2. Contribución de las NSC a la formación de distintos tejidos en embriones de ratón (revelado de secciones del
embrión con X-Gal). (A) neuroectodermo (ne), mesodermo (m) y endodermo (e). (B) hígado (li, liver), mesonefros (mn),
notocorda (n), médula espinal (sc, spinal cord) y estómago (s, stomach). (Clarke y col. 2000).
Cuando esas mismas neuroesferas se inyectaron dentro de un blastocisto de ratón, la contribución
se extendió prácticamente a todos los tejidos. (Fig. 3.) Estos estudios nos indican el gran potencial de
diferenciación de las NSC y nos dan la idea de que su limitada descendencia celular en el tejido de
origen (sólo células neurales y de la glia) esté impuesta principalmente por el micro-ambiente.
Fig. 3. Revelado con X-Gal de un embrión de ratón con fenotipo salvaje al día 11 (izquierda) y de un embrión de ratón
generado mediante un blastocisto al que se le han inyectado NSC que expresan el gen de la β-Galactoxidasa. (Clarke y col.
2000).
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USO DE INTERLEUCINA-6 COMO FACTOR DIFERENCIADOR
A partir del conocimiento de la existencia de estas células y de su capacidad de autorenovación,
han sido muchos los grupos investigadores que han abrazado este camino para conseguir una terapia
eficaz que actúe frente a enfermedades y desordenes neurodegenerativos.
En relación a esto se ha visto que la interleucina-6 (IL-6) juega un papel importantísimo en la
diferenciación in vivo de las NSC. En el SNC la IL-6 promueve la diferenciación de células precursoras
en oligodendrocitos y astrocitos, activa astrocitos adultos y también funciona como neurotrópico y
factor de diferenciación para neuronas del sistema nervioso central y periférico.
A la vista de estos datos, un equipo de investigadores americanos (Omedul Islam y col. 2008)
fabricó una proteína altamente activa derivada de la fusión de la IL-6 y de su receptor, hiper-IL-6 (H-IL6) y la comparó con la actividad que presentaba la IL-6 en solitario (Fig.4.).Vieron que esta nueva
proteína tenía un mayor efecto en la diferenciación que la IL-6 y que este efecto era más fuerte
dependiendo del receptor que se usara.
Fig.4. Neurogliogénesis mediada por H-IL-6. Revelado inmunohistoquímico de cultivos tratados con IL-6 y H-IL-6 usando
anticuerpos contra GFAP (A) y Tuj1 (B); marcadores gliales y neuronales respectivamente. (Omedul Islam y col. 2008).
Mediante este reciente estudio (Octubre de 2008) se pone de manifiesto la utilidad de este tipo de
proteínas mixtas y se abren nuevas puertas frente a enfermedades de origen nervioso para las que a
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fecha de hoy no existe cura, mediante el uso de terapia dirigida a diferenciar in situ las células madre
del tejido dañado.
APLICACIONES CLÍNICAS DE LAS NSC
Como hemos mencionado anteriormente, las enfermedades diana para el uso terapéutico de estas
NSC son los daños medulares y los desordenes neurodegenerativos como podría ser la enfermedad de
Parkinson (EP). En relación a esto último, Levesque y col. en un estudio clínico implantaron NSC en el
estriado (principal diana de la sustancia nigra pars compacta para el tratamiento de la EP) de un
paciente de 57 años que padecía una EP de larga evolución con complicaciones motoras refractarias a
los fármacos. El implante se le practicó en el estriado contralateral al hemisferio más afectado. Las
NSC se obtuvieron de la corteza cerebral del mismo paciente (trasplante autólogo), se expandieron in
vitro hasta obtener una cantidad de células suficientes y se diferenciaron a neuronas dopaminérgicas.
Tras unos meses el paciente comenzó a mejorar. Después de 3 años el beneficio clínico sobre los
síntomas motores era de más del 83% y las dosis de levodopa (fármaco para el tratamiento de la EP)
se habían reducido casi un 50%.
Otro grupo de estudio (Riaz y col. 2002) ha obtenido células dopaminérgicas a partir de NSC
humanas utilizando factores de crecimiento (bFGF y EGF) para su expansión y forskolina, dopamina y
BDNF para inducir su diferenciación hacia neuronas dopaminérgicas. Cerca de un 60% de las neuronas
obtenidas cumplían los requisitos morfológicos y fisiológicos para ser consideradas dopaminérgicas.
Sin embargo, a fecha del estudio no se habían implantado aun en modelos animales de EP.
Hyuk Min Kim y col., en 2009, por su parte hicieron uso de estas NSC para reparar daños en la
espina dorsal. Utilizaron una línea inmortal de NSC a la que, mediante un vector retroviral, le
transfectaron el gen del factor de crecimiento de endotelio vascular (VEGF) para que se
sobreexpresara de un modo eficiente en estas células. El efecto terapéutico del VEGF en el sistema
nervioso se basa en su capacidad de estimular la proliferación de células progenitoras gliales
endógenas. Semanas después del tratamiento, sobre un modelo de espina dorsal de rata dañado,
pudieron observar que la proliferación celular aumentaba significativamente, había un aumento de la
diferenciación de los progenitores a oligodendrocitos (no había aumento de la diferenciación a
astrocitos) y había una leve mejoría en la regeneración del tejido.
Otro dato a tener muy en cuenta en lo a estas NSC se refiere, es el hecho de poder utilizarlas en
terapia génica frente a distintos tumores cerebrales. Se ha demostrado en muchos estudios in vivo e
in vitro que las NSC tienen la capacidad de migrar desde su lugar de origen al tejido canceroso.
Aunque a día de hoy no existe mucha información al respecto, el modelo idóneo consistiría en poder
expandir las NSC y modificarlas in vitro para que expresen algún gen terapéutico. Esas células
modificadas se introducirían en el paciente y migrarían a la zona a tratar, expresarían allí dicho gen,
actuando sólo a nivel del tumor y evitando así los posibles efectos secundarios de una quimioterapia
convencional.
Otra opción sería infectar estas células in vitro con adenovirus (virus oncolíticos) e introducirle de
nuevo estas células al paciente. Estos virus matarán la célula tumoral y creará además miles de
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nuevos virus. Los adenovirus sólo se replican en células en división, por lo que cuando entren en
contacto con otro tipo celular no las infectarán. ●
Bibliografía
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Células madre mesenquimales de médula ósea.
Diferenciación
Título: Células madre mesenquimales de médula ósea. Diferenciación. Target: Bachillerato de Ciencias de la Salud.
Asignatura/s: Biología. Autor/a/es: José Antonio Martínez Barranco, Licenciado en Biología, Máster en Biomedicina
Regenerativa.
L
a médula ósea, como otros tipos de tejidos, contiene en su interior células madre mesenquimales
(MSCs, Mesenchymal Stem Cells), también llamadas células estromales. Su aislamiento se realiza
por adhesión al plástico y su identificación se basa en la presencia de distintos marcadores de
superficie que hacen posible su distinción: SH2, SH3, CD29, CD44, CD71, CD90 y CD10621. Por
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