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Trabajo publicado en www.ilustrados.com
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“Las células madre: un
mundo de potencialidades”
Dra. Ana Sanz Ochotorena
y
Annery Serrano Rodríguez
[email protected]
Las células madre, son denominadas también troncales,
estaminales, tallo, embrionarias o stem cells.
Son células que se pueden replicar a sí mismas y
generar estirpes o tipos celulares más especializados .
Pueden hallarse en todos los estadios del desarrollo
humano, desde el embrión hasta el adulto, pero su
plasticidad y abundancia decrecen con la edad
Las células madres embrionarias pueden dar lugar a
alrededor de 200 tipos celulares, mientras que las
adultas son mucho menos versátiles
La historia de investigación en células madre comenzó acerca de 40
años atrás. En los 1960s, los investigadores descubrieron que la médula
ósea contenía al menos dos tipos de células madre.
No fue hasta fines de 1998 que dos grupos de investigadores obtuvieron
casi simultáneamente, pero valiéndose de métodos distintos, las primeras
células madre humana.
OVULACIÓN, FERTILIZACIÓN,
SEGMENTACIÓN E
IMPLANTACIÓN EN HUMANOS
CRESTAS
NEURALES
Tubo
intestinal
DESTINO DE LAS HOJAS
GERMINALES
ECTODERMO
MESODERMO
ENDODERMO
CRESTAS
NEURALES
EPIDERMIS, SISTEMA
NERVIOSO CENTRAL
MÚSCULOS, HUESOS,
CORAZÓN Y VASOS,
RIÑONES, GÓNADAS
SISTEMA DIGESTIVO,
SISTEMA RESPIRATORIO
SISTEMA NERVIOSO
PERIFÉRICO,
MELANOCITOS
•Son células indiferenciadas, no especializadas
células madre
• Tienen la capacidad de auto-renovación
•Pueden especializarse y diferenciarse de
acuerdo a las condiciones fisiológicas en que se
encuentren
LAS CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS
LAS CÉLULAS GERMINALES
EMBRIONARIAS
CÉLULAS MADRE DE
ADULTO
Cigoto
Adulto
Células
embrionarias
Células
germinales
Pluripotentes
Células madre
adulto
Multipotentes
Potencialidad celular
La potencialidad representa la capacidad y posibilidades de diferenciación, de las células,
y se manifiesta en el ámbito natural de acuerdo con el orden jerárquico de su desarrollo.
Totipotentes: son capaces de formar un individuo completo,
producen tejido embrionario y extra-embrionario
el cigoto u óvulo fertilizado se considera una célula
totipotente
Pluripotentes: tienen la habilidad de diferenciarse a tejidos
procedentes de cualquiera de las 3 capas embrionarias
por sí solas no pueden producir un individuo
originan todos los tipos de células y tejidos del
organismo
Multipotentes, que pueden diferenciarse en distintos tipos
celulares procedentes de las misma capa embrionaria, lo que
las capacitaría para la formación de tipos celulares diferentes,
pero no de todos.
LAS CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS
•Derivan del embrión de los mamíferos en su etapa de blastocisto
•Poseen la capacidad de generar cualquier célula diferenciada en el
organismo
•Se cultivan con una capa alimentadora formada por fibroblastos
embrionarios de ratón y un suplemento de factor inhibidor de leucemia
LAS CÉLULAS GERMINALES
EMBRIONARIAS
Pionero en este campo, el obstetra John
Gearhart, de la Universidad Johns Hopkins,
extrajo en 1998 las primeras stem cells humana
del tubo genital de un embrión humano.
• No inician la diferenciación sexual hasta la mitad de la gestación
• Hasta ese momento mantienen capacidad de diferenciación hacia
diferentes líneas celulares.
• Se han aislado a partir de esas células germinales primordiales
embrionarias y fetales,
• Poseen una gran capacidad proliferativa que se hace evidente
cuando se someten a cultivo.
• Se mantienen viables solo durante 70 a 80 pases
• Tienen la ventaja que no forman teratomas cuando se inyectan en
ratones, por lo que pudieran representar una fuente más segura de
material trasplantable.
CÉLULAS MADRE
ADULTO
Se encuentran como parte constituyente de los individuos durante toda su
vida postnatal
Su estudio comenzó en los años 60 con el descubrimiento de las células
madre hematopoyéticas, localizadas en la médula ósea y la sangre
periférica, que son las que originan todos los tipos de células sanguíneas e
inmunes
Se han identificado células madre de adulto en muchos otros tejidos y
órganos, entre los que se incluyen la córnea y retina, músculo esquelético,
piel, revestimiento del tracto gastrointestinal, hígado, páncreas e incluso el
cerebro
CÉLULAS MADRE ADULTO
• Deben ser capaces de auto-renovarse durante toda la vida del
organismo
•Deben generar una línea, un clon de células genéticamente idénticas
• Han de ser también multipotentes, capaces de originar tipos celulares
totalmente diferenciados y totalmente integrados en el tejido y que
puedan realizar funciones especializadas propias del tejido en el que
residen.
¿Cómo prueban esto?
una célula madre
origina un clon de
células en cultivo
población purificada de candidatas
a células madre puede repoblar un
tejido tras su trasplante a un animal.
Plasticidad de las
células madre
adultas
Capacidad que adquieren estas células, bajo determinadas condiciones
microambientales, de diferenciarse en células de tejidos distintos de aquel
con el cual la célula madre se encuentra aparentemente comprometida
Consumación de
un proceso de
desdiferenciación
y rediferenciación
celular.
Heterogeneidad de las
células madre presentes
en una población celular
Los mecanismos
planteados son :
Fusión de las células
madre trasplantadas con
las células específicas
residentes en un órgano
Persistencia de
células madre adultas
con capacidad
pluripotencial.
CÉLULAS MADRE ADULTO
Ventajas
• Evita la DESTRUCCIÓN e INVESTIGACIÓN con EMBRIONES HUMANOS
• Evita los riesgos de manejar células madre embrionarias inmaduras
• Las investigaciones con CMA están mucho más avanzadas, incluso en fase
clínica
• Las CMA pueden ser fuente de tejidos para trasplante, estas, tendrían la
configuración genética del individuo susceptible de ser trasplantado
Dificultades
• No se conoce el origen exacto en los tejidos adultos
• No proliferan en cultivo, sino que se diferencian
• Son muy escasas
Células madre adultas
• Las células madre adultas conservan su capacidad de rejuvenecer y
convertirse en otros tipos celulares, incluso de distintas estirpes
ontogénicas
• …. las células del cerebro pueden convertirse en sanguíneas, las de
la médula ósea en hepáticas o cerebrales, las células de músculo
pueden convertirse en sanguíneas……
• El cambio sería similar al de un estudiante de música que se
convirtiera en un pelotero profesional de grandes ligas
• Las señales bioquímicas que indican el cambio, pueden borrar la
historia de esa célula. La naturaleza le ha dado más libertad a las
células de lo que los científicos habíamos sido capaces de imaginar!!
Las fuentes de las células madre
• Embriones de repuesto
• Embriones de propósito especial
• Embriones clonados
• Fetos abortados
• Cordones umbilicales
• Tejidos u órganos adultos
• Cadáveres
Las células madre embriónicas
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
Entrar en conflicto con el sistema inmune del paciente
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
Ventajas: Estas células:
Ya están más o menos especializadas: La inducción puede ser más sencilla.
Son inmunológicamente resistentes.
Son flexibles.
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
APLICACIONES
• Información crucial para comprender los complejos procesos que
tienen lugar durante el desarrollo humano.
• Exploración de los efectos de las anormalidades cromosómicas en
el desarrollo temprano.
• El ensayo de nuevos medicamentos.
• Empleadas para descubrir y estudiar posibles toxinas,
• Ya comienzan a tener aplicaciones en terapias celulares, medicina
regenerativa o ingeniería tisular
Medicina Regenerativa
Gran parte del amplio elenco de las enfermedades que afectan al ser
humano, se basan en la degeneración y muerte de los distintos tejidos que
conforman nuestro cuerpo, ya sea de manera aguda (infartos) o crónica
(degeneración-envejecimiento).
Terapias de células madre:
•Reemplazo de la piel
•Transplante de células cerebrales
•Infarto de miocardio
•Enfermedades hepáticas como la hepatitis o el ácido graso
•Enfermedades con formación de fístulas y defectos en la cicatrización
•Enfermedades musculares como distrofias o pérdidas por traumatismos
•Enfermedades de la sangre y el tejido linfático
GRANDES DIFICULTADES
•
Proliferar ampliamente y generar cantidades suficientes de
tejido
•
Diferenciarse en el/los tipo(s) celulares deseados
•
Sobrevivir en el receptor tras el trasplante
•
•
Integrarse en el tejido circundante
Funcionar apropiadamente durante toda la vida del receptor
•
No producir ningún tipo de daño al receptor en ningún
momento
1. Infecciones
2. Cáncer
3. Defectos genéticos
4. Rechazo inmunológico
¿CÓMO OBTENER CÉLULAS MADRE?
¿Qué es la clonación terapéutica?
Consiste en transferir el núcleo de una célula adulta somática del individuo a
transplantar a un óvulo al cual previamente se ha quitado su propio núcleo,
reemplazando así en laboratorio a la fecundación normal de un óvulo por un
espermatozoide. Si la técnica tiene éxito, y el compuesto llega a convertirse
en un embrión temprano, estará listo para ser implantado en un útero o para
extraer de él las células madre.
¿Ya se han reprogramado células?
Si, en varias partes del mundo.
Por ejemplo, investigadores del Instituto Israelí de
Tecnología (Technion) lograron reprogramar células
madre embrionarias y transformarlas en células
productoras de insulina.
Sometiendo células al contacto con colágeno, de la dermis,
lograron crear células de la piel.
Por otra parte, científicos de la Universidad de Wisconsin
combinaron células madre con suero sanguíneo y
produjeron células madre sanguíneas.
Reprogramación de las células madre
• Las células tallo se encuentran en distintos nichos, tales como
folículo piloso, pulpa dental, médula ósea, intestinos, neuronas,
músculo, grasa, etc.
• Tienen fenotipos y marcadores de diferenciación diferentes Son
mucho más “flexibles” que otras células al ser sacadas de su nicho
original y trasladadas a otro.
• La clonación de Dolly fortaleció el criterio previo de que los núcleos
adultos pueden ser reporgramados
¿Ya algunos investigadores clonaron embriones humanos con fines
terapéuticos?
Un equipo de la Universidad Nacional de Seúl, en Corea del Sur,
dirigido por el Dr. Woo Suk Hwang, en febrero del 2004 obtuvo
células madre de un embrión, las cuales se diferenciaron en células
madre embrionarias (hepáticas, sanguíneas y neuronales). La
investigación se llevó a cabo con 242 óvulos de 16 donantes
voluntarias.
En agosto de 2004 se autorizó la clonación humana en Gran Bretaña.
En el 2001, una empresa estadounidense (Advanced Cell
Technology) logró clonar embriones humanos pero sólo crecieron
hasta tener seis células y no lograron obtener células madre.
RETOS
Cómo se diferencian estas células para
convertirse en otras; por ejemplo, en células del
corazón, del páncreas o del cerebro.
Cómo diferenciarlas en el laboratorio
Cómo transplantarlas a los tejidos enfermos
Qué riesgos se pueden presentar. Se teme, por
ejemplo, que puedan producir cáncer (algo que
ya ha sucedido en ratones)
Proyecciones futuras
• Células tallo para la producción de órganos in vitro o parte de ellos
• Fuente estable y segura de células embrionarias tallo humanas
• Células tallo adultas humanas introducidas en la medicina
regenerativa
• Creación de clones perfectos para la agricultura y la industria
• Resolver las consideraciones éticas, morales y políticas de estas
tecnologías
•Medicina personalizada
• Clonación terapeútica
¡GRACIAS!