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Trabajo publicado en www.ilustrados.com La mayor Comunidad de difusión del conocimiento “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!