Célula madre: células madre embrionarias y adultas - Transferencia nuclear de células somáticas


Características y funciones de las células madre embrionarias y adultas. células madre embrionarias en ratones y adultos, y células germinales embrionarias Transferencia nuclear de células somáticas. Células madre epiteliales. Médula ósea y células madre hematopoyéticas. Células madre neuronales.

Célula madre, una célula indiferenciada que se puede dividir para producir algunas células descendientes que continúan como células madre y algunas células que están destinadas a diferenciarse (se especializan). Las células madre son una fuente continua de las células diferenciadas que forman los tejidos y órganos de los animales y las plantas.

Hay un gran interés en las células madre porque tienen potencial en el desarrollo de terapias para reemplazar las células defectuosas o dañadas como resultado de una variedad de trastornos y lesiones, como la enfermedad de Parkinson, las enfermedades del corazón y la diabetes. Hay dos tipos principales de células madre: las células madre embrionarias y las células madre adultas, que también se llaman células madre del tejido.

células madre neuronales y hematopoyéticas

Las células madre neuronales y hematopoyéticas tienen un tremendo potencial en el desarrollo de terapias para ciertas enfermedades, como la diabetes y la enfermedad de Parkinson. Las células madre neurales ocurren en la médula espinal y en regiones específicas del cerebro, y las células madre hematopoyéticas ocurren en la sangre y la médula ósea.


Células madre embrionarias


Las células madre embrionarias (a menudo denominadas células ES) son células madre que se derivan de la masa celular interna de un embrión de mamífero en una etapa muy temprana de desarrollo, cuando está compuesta por una esfera hueca de células en división (un blastocisto). Las células madre embrionarias de embriones humanos y de embriones de ciertas otras especies de mamíferos pueden cultivarse en cultivo de tejidos.

células madre embrionarias

Las células madre embrionarias se diferencian en neuronas.

Células madre embrionarias de ratón


Las células madre embrionarias más estudiadas son las células madre embrionarias de ratón, que se informaron por primera vez en 1981. Este tipo de células madre puede cultivarse indefinidamente en presencia de un factor inhibidor de la leucemia (LIF), una citocina glicoproteína. Si se inyectan células madre embrionarias de ratón cultivadas en un embrión de ratón temprano en la etapa de blastocisto, se integrarán en el embrión y producirán células que se diferencian en la mayoría o en todos los tipos de tejidos que posteriormente se desarrollan.

Esta capacidad de repoblar los embriones de ratón es la característica clave de la definición de las células madre embrionarias, y debido a ello se consideran pluripotentes, es decir, capaces de dar origen a cualquier tipo de célula del organismo adulto. Si las células madre embrionarias se mantienen en cultivo en ausencia de LIF, se diferenciarán en "cuerpos embrioides", que se asemejan en parte a los embriones tempranos de ratón en la etapa del cilindro de huevo, con células madre embrionarias dentro de una capa externa de endodermo. Si las células madre embrionarias se injertan en un ratón adulto, se convertirá en un tipo de tumor llamado teratoma, que contiene una variedad de tipos de tejidos diferenciados.

Científicos que realizan investigaciones sobre células madre embrionarias.

Científicos que realizan investigaciones sobre células madre embrionarias.

Las células madre embrionarias de ratón se utilizan ampliamente para crear ratones modificados genéticamente. Esto se hace mediante la introducción de nuevos genes en las células madre embrionarias en el cultivo de tejidos, la selección de la variante genética particular que se desea, y luego la inserción de las células modificadas genéticamente en embriones de ratón. Los ratones "quiméricos" resultantes están compuestos en parte de células huésped y en parte de las células madre embrionarias donantes.

Mientras que algunos de los ratones quiméricos tienen células germinales (esperma u huevos) que se han derivado de las células madre embrionarias, es posible criar una línea de ratones que tienen la misma constitución genética que las células madre embrionarias y por lo tanto incorporan la modificación genética que se hizo in vitro. Este método se ha utilizado para producir miles de nuevas líneas genéticas de ratones. En muchas de estas líneas genéticas, se han ablacionado genes individuales para estudiar su función biológica; en otros, se han introducido genes que tienen las mismas mutaciones que se encuentran en diversas enfermedades genéticas humanas. Estos "modelos de ratón" para la enfermedad humana se utilizan en la investigación para investigar tanto la patología de la enfermedad como los nuevos métodos de terapia.

Células madre embrionarias humanas


La amplia experiencia con células madre embrionarias de ratón hizo posible que los científicos crecieran células madre embrionarias humanas de embriones humanos tempranos y la primera línea de células madre humanas fue creada en 1998. Las células madre embrionarias humanas son en muchos aspectos similares a las células madre embrionarias de ratón, pero no requieren LIF para su mantenimiento. Las células madre embrionarias humanas forman una amplia variedad de tejidos diferenciados in vitro, y forman teratomas cuando se injertan en ratones inmunosuprimidos. No se sabe si las células pueden colonizar todos los tejidos de un embrión humano, pero se presume de sus otras propiedades que son realmente células pluripotentes y, por lo tanto, se consideran como una posible fuente de células diferenciadas para la terapia celular del tipo de célula defectuosa de un paciente con células sanas. Se podrían producir grandes cantidades de células, tales como neuronas que secretan la dopamina para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y células beta pancreáticas secretadoras de insulina para el tratamiento de la diabetes, a partir de células madre embrionarias para el trasplante de células. Células para este propósito han sido previamente obtenibles sólo a partir de fuentes con un suministro muy limitado, tales como las células beta pancreáticas obtenidas de los cadáveres de donantes de órganos humanos.

El uso de células madre embrionarias humanas evoca preocupaciones éticas, ya que los embriones en fase de blastocisto se destruyen en el proceso de obtención de las células madre. Los embriones a partir de los cuales se han obtenido células madre se producen a través de la fecundación in vitro, y las personas que consideran que los embriones humanos preimplantables son seres humanos generalmente creen que tal trabajo es moralmente incorrecto. Otros lo aceptan porque consideran que los blastocistos son simplemente bolas de células y que las células humanas usadas en laboratorios no han recibido previamente ningún estatus moral o legal especial. Además, se sabe que ninguna de las células de la masa celular interna está destinada exclusivamente a formar parte del propio embrión -todas las células contribuyen con parte o la totalidad de su descendencia celular a la placenta, a la que tampoco se le ha concedido ninguna especial estatus legal. La divergencia de opiniones sobre esta cuestión se ilustra por el hecho de que el uso de células madre embrionarias humanas está permitido en algunos países y está prohibido en otros.

En 2009, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos aprobó el primer ensayo clínico diseñado para probar una terapia basada en células madre embrionarias humanas, pero el ensayo se detuvo a finales de 2011 debido a la falta de financiación ya un cambio en las directivas empresariales de Geron . La terapia a ensayar se conocía como GRNOPC1, que consistía en células progenitoras (células parcialmente diferenciadas) que, una vez dentro del cuerpo, maduraron en células neurales conocidas como oligodendrocitos. Los oligodendrocitos progenitores de GRNOPC1 se derivaron de células madre embrionarias humanas. La terapia fue diseñada para la restauración de la función nerviosa en personas que sufren de lesión aguda de la médula espinal.

Células germinales embrionarias


Las células germinales embrionarias (EG), derivadas de células germinales primordiales encontradas en la cresta gonadal de un embrión tardío, tienen muchas de las propiedades de las células madre embrionarias. Las células germinales primordiales en un embrión se desarrollan en células madre que en un adulto generan los gametos reproductivos (esperma u huevos). En ratones y humanos es posible cultivar células germinales embrionarias en cultivo de tejidos con los factores de crecimiento apropiados, a saber, LIF y otra citocina llamada factor de crecimiento de fibroblastos.

Células madre adultas


Algunos tejidos en el cuerpo adulto, tales como la epidermis de la piel, el revestimiento del intestino delgado y la médula ósea, experimentan continua rotación celular. Contienen células madre, que persisten indefinidamente, y un número mucho mayor de "células amplificadoras de tránsito", que surgen de las células madre y se dividen un número finito de veces hasta que se diferencian. Las células madre existen en nichos formados por otras células, que secretan sustancias que mantienen las células madre vivas y activas. Algunos tipos de tejido, como tejido hepático, muestran una división celular mínima o sufren división celular sólo cuando están lesionados. En tales tejidos probablemente no existe una población especial de células madre, y cualquier célula puede participar en la regeneración de los tejidos cuando sea necesario.

Células madre epiteliales


La epidermis de la piel contiene capas de células llamadas queratinocitos. Sólo la capa basal, junto a la dermis, contiene células que se dividen. Algunas de estas células son células madre, pero la mayoría son células amplificadoras de tránsito. Los queratinocitos se mueven lentamente hacia afuera a través de la epidermis a medida que maduran, y finalmente mueren y se desprenden en la superficie de la piel. El epitelio del intestino delgado forma proyecciones llamadas vellosidades, que se entremezclan con pequeños pozos llamados criptas. Las células que se dividen se localizan en las criptas, con las células madre situadas cerca de la base de cada cripta. Las células se producen continuamente en las criptas, migran sobre las vellosidades y, finalmente, se vertieron en el lumen del intestino. A medida que emigran, se diferencian en los tipos de células características del epitelio intestinal.

Médula ósea y células madre hematopoyéticas


La médula ósea contiene células llamadas células madre hematopoyéticas, que generan todos los tipos de células de la sangre y el sistema inmunológico. Las células madre hematopoyéticas también se encuentran en pequeños números en sangre periférica y en mayor número en sangre de cordón umbilical. En la médula ósea, las células madre hematopoyéticas están ancladas a los osteoblastos del hueso trabecular ya los vasos sanguíneos. Generan progenie que puede convertirse en linfocitos, granulocitos, glóbulos rojos y ciertos otros tipos de células, dependiendo del equilibrio de factores de crecimiento en su entorno inmediato.

El trabajo con animales experimentales ha demostrado que los trasplantes de células madre hematopoyéticas pueden ocasionalmente colonizar otros tejidos, con las células trasplantadas convirtiéndose en neuronas, células musculares o epitelios. El grado en que las células madre hematopoyéticas trasplantadas son capaces de colonizar otros tejidos es extremadamente pequeño. A pesar de esto, el uso de trasplantes de células madre hematopoyéticas se está explorando para condiciones tales como enfermedades del corazón o trastornos autoinmunes. Es una opción especialmente atractiva para aquellos que se oponen al uso de células madre embrionarias.

Los trasplantes de médula ósea (también conocidos como injertos de médula ósea) representan un tipo de terapia con células madre que es de uso común. Se utilizan para permitir que los pacientes con cáncer sobrevivan a otras dosis letales de radioterapia o quimioterapia que destruyen las células madre en la médula ósea. Para este procedimiento, la propia médula del paciente se cosecha antes del tratamiento contra el cáncer y luego se reinfunda en el cuerpo después del tratamiento. Las células madre hematopoyéticas del trasplante colonizan la médula dañada y finalmente repoblan la sangre y el sistema inmunitario con células funcionales. Los trasplantes de médula ósea también se realizan a menudo entre individuos (aloinjerto). En este caso la médula injertada tiene algún efecto antitumoral beneficioso. Los riesgos asociados con los aloinjertos de médula ósea incluyen el rechazo del injerto por el sistema inmune del paciente y la reacción de las células inmunitarias del injerto contra los tejidos del paciente (enfermedad de injerto contra huésped).

La médula ósea es una fuente de células madre mesenquimales (algunas veces llamadas células estromales de la médula ósea) que son precursoras de células madre no hematopoyéticas que tienen el potencial de diferenciarse en varios tipos diferentes de células, incluyendo células que forman hueso, músculo, y el tejido conectivo. En cultivos celulares, las células madre mesenquimales derivadas de médula ósea demuestran pluripotencia cuando se exponen a sustancias que influyen en la diferenciación celular. Aprovechar estas propiedades pluripotentes se ha vuelto muy valioso en la generación de tejidos y órganos transplantados. En 2008 los científicos usaron células madre mesenquimales para el bioengineer una sección de la tráquea que se trasplantó en una mujer cuya vía aérea superior había sido gravemente dañada por la tuberculosis.

Las células madre se derivaron de la médula ósea de la mujer, se cultivaron en un laboratorio y se utilizaron para la ingeniería de tejidos. En el proceso de ingeniería, una tráquea donante fue despojado de sus revestimientos de células interiores y exteriores, dejando detrás de una tráquea "andamio" de tejido conectivo. Las células madre derivadas del receptor se utilizaron entonces para recolonizar el interior del armazón, y se usaron células epiteliales normales, también aisladas del receptor, para recolonizar el exterior de la tráquea. El uso de las propias células del receptor para poblar el armazón de la tráquea impidió el rechazo inmunológico y eliminó la necesidad de terapia de inmunosupresión. El trasplante, que tuvo éxito, fue el primero de su tipo.

Células madre neuronales


La investigación ha demostrado que también hay células madre en el cerebro. En los mamíferos muy pocas neuronas nuevas se forman después del nacimiento, pero algunas neuronas en los bulbos olfativos y en el hipocampo se están formando continuamente. Estas neuronas se originan a partir de células madre neurales, que pueden cultivarse in vitro en forma de neurosferas - pequeños grupos de células que contienen células madre y parte de su progenie. Este tipo de células madre se está estudiando para su uso en terapia celular para tratar la enfermedad de Parkinson y otras formas de neurodegeneración o daño traumático al sistema nervioso central.

Células madre neurales humanas (núcleo celular mostrado en azul).

Células madre neurales humanas (núcleo celular mostrado en azul).

Transferencia nuclear de células somáticas


Después de experimentos en animales, incluyendo aquellos usados ​​para crear la oveja Dolly, se ha discutido mucho el uso de la transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) para crear células humanas pluripotentes. En SCNT, el núcleo de una célula somática (una célula completamente diferenciada, excluyendo las células germinales), que contiene la mayoría del ADN de la célula (ácido desoxirribonucleico), se elimina y se transfiere a una célula de óvulo no fertilizada que ha tenido su propio ADN nuclear eliminado. El óvulo se cultiva en cultivo hasta que alcanza la fase de blastocisto. La masa celular interna se retira entonces del huevo, y las células se cultivan en cultivo para formar una línea de células madre embrionarias (generaciones de células procedentes del mismo grupo de células progenitoras). Estas células pueden ser estimuladas para diferenciarse en varios tipos de células necesarias para el trasplante. Puesto que estas células serían genéticamente idénticas al donante original, podrían usarse para tratar al donante sin problemas de rechazo inmune. Los científicos generaron células madre embrionarias humanas con éxito de embriones humanos SCNT por primera vez en 2013.

Dolly la oveja clonación

Dolly la oveja fue clonada utilizando el proceso de transferencia de células somáticas nucleares (SCNT). Mientras SCNT se utiliza para la clonación de animales, también puede ser utilizado para generar células madre embrionarias. Antes de la implantación del óvulo fecundado en el útero de la madre sustituta, la masa celular interna del huevo puede ser eliminada y las células pueden crecer en cultivo para formar una línea de células madre embrionarias (generaciones de células procedentes del mismo grupo de células progenitoras).

Aunque es prometedor, la generación y el uso de células madre embrionarias derivadas de SCNT es controvertido por varias razones. Una es que el SCNT puede requerir más de una docena de huevos antes de que un óvulo produzca con éxito células madre embrionarias. Los huevos humanos son escasos, y hay muchos problemas legales y éticos asociados con la donación de óvulos. También hay riesgos desconocidos involucrados con el trasplante de células madre derivadas de SCNT en seres humanos, porque el mecanismo por el cual el huevo no fertilizado es capaz de reprogramar el ADN nuclear de una célula diferenciada no se entiende completamente. Además, SCNT se utiliza comúnmente para producir clones de animales (como Dolly). Aunque la clonación de seres humanos es actualmente ilegal en todo el mundo, el óvulo que contiene ADN nuclear de una célula adulta podría en teoría ser implantado en el útero de una mujer y llegar a denominarse como un humano clonado real. Por lo tanto, existe una fuerte oposición entre algunos grupos al uso de SCNT para generar células madre embrionarias humanas.

Células madre pluripotentes inducidas


Debido a los problemas éticos y morales relacionados con el uso de células madre embrionarias, los científicos han buscado formas de reprogramar las células somáticas adultas. Los estudios de fusión celular, en los que las células somáticas adultas diferenciadas cultivadas en cultivo con células madre embrionarias se funden con las células madre y adquieren propiedades embrionarias de células madre, llevaron a la idea de que genes específicos podrían reprogramar células adultas diferenciadas. Una ventaja de la fusión celular es que se basa en células madre embrionarias existentes en lugar de huevos. Sin embargo, las células fusionadas estimulan una respuesta inmune cuando se trasplantan a seres humanos, lo que conduce al rechazo del trasplante. Como resultado, la investigación se ha centrado cada vez más en los genes y proteínas capaces de reprogramar las células adultas a un estado pluripotente. Para que las células adultas sean pluripotentes sin fusionarlas con células madre embrionarias, los genes reguladores que inducen la pluripotencia deben introducirse en los núcleos de las células adultas. Para ello, las células adultas se cultivan en cultivo celular, y se insertan combinaciones específicas de genes reguladores en retrovirus (virus que convierten el ARN [ácido ribonucleico] en ADN), que se introducen a continuación en el medio de cultivo. Los retrovirus transportan el ARN de los genes reguladores en los núcleos de las células adultas, donde los genes se incorporan en el ADN de las células. Aproximadamente 1 de cada 10.000 células adquieren las propiedades de las células madre embrionarias. Aunque el mecanismo sigue siendo incierto, está claro que algunos de los genes confieren propiedades de células madre embrionarias mediante la regulación de numerosos otros genes. Las células adultas que se vuelven a programar de esta manera se conocen como células madre pluripotentes inducidas (iPS).

De forma similar a las células madre embrionarias, las células madre pluripotentes inducidas pueden estimularse para diferenciarse en tipos selectos de células que, en principio, podrían utilizarse para tratamientos específicos de la enfermedad. Además, la generación de células madre pluripotentes inducidas de las células adultas de pacientes afectados por enfermedades genéticas puede ser utilizada para modelar las enfermedades en el laboratorio. Por ejemplo, en 2008 los investigadores aislaron las células de la piel de un niño con una enfermedad neurológica hereditaria llamada atrofia muscular espinal y luego reprogramaron estas células en células madre pluripotentes inducidas. Las células reprogramadas conservaron el genotipo de la enfermedad de las células adultas y se estimularon para diferenciarse en neuronas motoras que mostraban insuficiencias funcionales asociadas con la atrofia muscular espinal. Recapitulando la enfermedad en el laboratorio, los científicos pudieron estudiar de cerca los cambios celulares que ocurrieron a medida que la enfermedad progresaba. Estos modelos prometen no sólo mejorar la comprensión de los científicos de las enfermedades genéticas, sino también facilitar el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas adaptadas a cada tipo de enfermedad genética.

En 2009 los científicos generaron con éxito células de la retina del ojo humano mediante la reprogramación de células de la piel de adultos. Este avance permitió una investigación detallada del desarrollo embrionario de las células de la retina y abrió caminos para la generación de nuevas terapias para las enfermedades oculares. La producción de células retinianas a partir de células de la piel reprogramadas puede ser particularmente útil en el tratamiento de la retinitis pigmentosa, que se caracteriza por la degeneración progresiva de la retina, que eventualmente conduce a la ceguera nocturna y otras complicaciones de la visión. Aunque las células de la retina también se han producido a partir de células madre embrionarias humanas, la pluripotencia inducida representa un enfoque menos controvertido. Los científicos también han explorado la posibilidad de combinar la tecnología de células madre pluripotentes inducidas con la terapia génica, que sería de gran valor, especialmente para los pacientes con enfermedad genética que se beneficiarían de trasplante autólogo.

Los investigadores también han sido capaces de generar células madre cardíacas para el tratamiento de ciertas formas de enfermedades del corazón a través del proceso de desdiferenciación, en el que las células maduras del corazón se estimulan a revertir a las células madre. El primer intento de trasplante de células madre autólogas se realizó en 2009, cuando los médicos aislaron el tejido cardíaco de un paciente, cultivaron el tejido en un laboratorio, estimularon la desdiferenciación celular y luego reinfundieron las células madre cardíacas directamente en el corazón del paciente. Un estudio similar en el que participaron 14 pacientes sometidos a cirugía de bypass cardiaco seguido de trasplante de células madre cardíacas se informó en 2011. Más de tres meses después del trasplante de células madre, los pacientes experimentaron una ligera pero detectable mejora en la función cardíaca.

Las células madre pluripotentes inducidas por el paciente y las células desdiferenciadas son muy valiosas en términos de sus aplicaciones terapéuticas porque es poco probable que sean rechazadas por el sistema inmunológico. Sin embargo, antes de que las células madre pluripotentes inducidas se puedan utilizar para tratar enfermedades humanas, los investigadores deben encontrar una manera de introducir los genes activos de reprogramación sin usar retrovirus, que pueden causar enfermedades como la leucemia en humanos. Una posible alternativa al uso de retrovirus para transportar genes reguladores en los núcleos de células adultas es el uso de plásmidos, que son menos tumorígenos que los virus.

Bibliografía:

Tórtora y Derrickson. Principios de anatomía y fisiología (onceava edición)

https://www.britannica.com

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