Células madres ensayo

Introducción

El misterio de la vida se concreta, desde una perspectiva meramente biológica, en cómo la complejidad de un organismo se encuentra pre-programada en un minúsculo embrión (Zigoto). Cuanto más ampliamos nuestro conocimiento molecular y celular, más lejos nos parece estar del maravilloso modelo de regulación (a corto, medio y largo plazo) que se encierra en esa célula. El zigoto, tras su implantación, y con la ayuda del ambiente propicio aportado por las estructuras maternas, desarrolla todo su potencial biológico, generando una constelación estructurada de tipos celulares cuyo resultado final es un nuevo organismo.

La caracterización inicial de estas células madre permitió el establecimiento indefinido in vitro de líneas celulares capaces de dar origen a un ratón indistinguible de sus congéneres, siendo además capaces de trasmitir su información en 4 Biología de las células madre Antonio Bernard Departamento de Cardiología Regenerativa Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) 9a 40 edición del curso de Biotecnología Aplicada a la Salud Humana la línea germinal. Posteriormente se demostró la posibilidad de su manipulación génica convirtiéndose en células clave para la generación de modelos animales capaces de desarrollar enfermedades análogas a las presentes en humanos para el estudio de enfermedades humanas y en una herramienta insustituible para desvelar la función de los genes in vivo.

Células madre:

Las Células Madre son muy especiales. Las características más importantes que permiten definir a las CM y diferenciarlas de la gran mayoría de las células constitutivas de un organismo adulto son dos: La primera es que en condiciones de cultivo adecuadas, tienen una capacidad ilimitada de dividirse; así una CM es capaz de generar un número inmenso de células, manteniendo sus mismas características por el contrario, todas las demás células de las que todos estamos constituidos, las denominadas células somáticas, poseen un número limitado de divisiones (se calcula que sólo pueden dividirse alrededor de cincuenta veces, al cabo de las cuales mueren). La segunda es que las CM son capaces de generar varios de los linajes celulares de los que está constituido un individuo: células de corazón, de hígado, de riñón, neuronas, músculo, etc. Hasta el momento se han identificado células con características de CM de 4 orígenes distintos: De origen embrionario, células madre germinales, células madre procedentes de carcinomas embrionarios (Terato-Carcinomas) y células madre procedentes de tejidos somáticos, y aisladas de individuos adultos, las que denominaremos CMA (Células Madre Adultas). Estas se encuentran en fase de estudio y evaluación, pero se ha avanzado mucho gracias al desarrollo de la tecnología de reprogramación genética. Esto permite obtener células con propiedades muy similares a las embrionarias (IPS; Induced Pluripotent Stem Cells) (Células Madre Pluripotentes Inducidas) a partir de numerosos tipos celulares adultos, que incluyen Fibroblastos, Queratinocitos, MSC, etc. Con la técnica de reprogramación genética se han conseguido obtener de forma directa Cardiomiocitos a partir de fibroblastos.

Hasta hace una década, las únicas CMA de mamíferos cuya existencia había sido demostrada de forma concluyente eran las Células Madre Hematopoyéticas (CMH, o HSC, del inglés Hematopoietic Stem Cells), responsables de la producción de todos los linajes sanguíneos. Se creía la existencia de CMA en otros tejidos altamente proliferativos, como la piel y el hígado. La diversidad de CMA equivale prácticamente a la variedad de tejidos del organismo adulto.

Probablemente es mayor, pues algunos tejidos, cómo la médula ósea, contienen más de un tipo de CMA. En la división celular típica, las dos células hijas generadas son equivalente entre sí y a la célula progenitora de la que derivan (División Simétrica). Posteriormente, las Células Descendientes (Progenie) pueden evolucionar por distintas vías, bien siguiendo unos programas determinados de diferenciación o bien pueden mantener su potencial inicial. El mantenimiento de una relación adecuada entre la tasa de proliferación y diferenciación permite en la mayoría de los tejidos establecer un control homeostático de su forma y tamaño, evitando un crecimiento descontrolado que se asocia, por ejemplo, con los procesos tumorales. Por el contrario, las CM parece que están reguladas por un mecanismo de división conservador (Asimétrico), de forma que en su división se genera una célula equivalente a la original y otra que da cuenta del resto del programa de diferenciación. Este mecanismo de «Auto-mantenimiento» (en inglés, Self-Renewal) permite controlar de forma estricta el número de CM que existe en un determinado órgano. Las CM presentes en el organismo adulto (CMA) deben de poseer, en términos generales, un menor potencial que las presentes durante el desarrollo embrionario y fetal. Al menos en el organismo adulto, no todas las células madre de un órgano participan activamente en el proceso de regeneración y mantenimiento de la funcionalidad. Sólo unas pocas están contribuyendo de forma simultánea a la creación de un tejido, en un momento dado. La mayoría se encuentra en un estado de reposo conocido como (Quiescencia), lo que las protege tanto de agresiones externas, físicas o químicas, como del proceso de envejecimiento celular. Cuando las CMA responsables en un momento dado de la regeneración tisular agotan sus posibilidades, son sustituidas paulatinamente por la progenie de otras nuevas. Las nuevas células así generadas representan diferentes clones y el fenómeno responsable del proceso se denomina «Sucesión Clonar». En definitiva, una CM se define, funcionalmente, como una célula capaz de «Auto-mantenerse» (mediante el mecanismo de división asimétrica) y con potencial de generar (mediante diferenciación de sus Células Descendientes) varios linajes celulares (Pluripotencia) o todo un organismo (Toti-potencia). No todas las CM son equivalentes y aunque la mayoría de las veces se definen por su origen (Embrionarias, Adultas, etc.) no siempre estos términos equivalen necesariamente a un mayor potencial de desarrollo o, incluso, de potenciales aplicaciones biomédicas. Los mecanismos por medio de los cuales ocurre esta diferenciación, los genes implicados y la posibilidad de incrementar la eficiencia en su aislamiento y/o caracterización constituyen una de las áreas más relevantes en la actualidad de la biología y de la biomedicina.

Células Madre Adultas, Tipos y Origen:

El origen embrionario de todos los tipos de CMA es el mismo que el de los restantes tipos de células somáticas presentes en el organismo adulto, es decir, las Células Pluripotentes de la masa interna del Blastocito. Se conoce muy poco de los precursores específicos de cada tipo de CMA, más allá de la hoja embrionaria a la que pertenecen (Ectodermo, Mesodermo o Endodermo). En el organismo adulto la inmensa mayoría de sus células se encuentran en un estado, que denominamos «Pos-mitótico», (Estado Quieto) en el que raramente se dividen y multiplican. Están ejerciendo las funciones para las que han sido programadas y sólo en casos excepcionales (daños de diversos tipos) salen de su letargo y, en la medida que les permita su entorno y su propio potencial, repararán el daño producido. A esta regla general sólo escapan cuatro órganos que se encuentran en una situación de alta actividad fisiológica: A) la médula ósea, por la exigente demanda de células sanguíneas y mediadoras de la respuesta inmune; B) las gónadas, que generan constantemente células germinales; C) el hígado, que tiene una gran capacidad de regeneración, y D) los epitelios, sobre todos el intestinal y el epidérmico, que están en una continua renovación. En los cuatro órganos existen poblaciones con características de CM, específicas de tejido, que dan justificación a dicho potencial.

Células Madre Linfohematopoyéticas (CMH):

Se cree que las CMH derivan de un precursor más primitivo, común con el linaje endotelial, al que se denomina Hemangioblasto. La hematopoyesis se inicia en el embrión de mamífero en el saco vitelino (semana 5 de gestación en humanos). Sin embargo, los precursores hematopoyéticos del saco vitelino sólo son los responsables de la hematopoyesis embrionaria, y no dan origen posteriormente a las CMH presentes en el adulto. Las CMH responsables de la hematopoyesis definitiva en adultos se originan en la región del mesodermo denominada Aorta-Gónada-Mesonefros (AGM), derivada de la Esplacnopleura Para-Aórtica. Tras el saco vitelino, la hematopoyesis tiene lugar en el bazo, hígado y nódulos linfáticos, hasta el momento en que se desarrolla la médula ósea, que eventualmente asume la tarea de producir células sanguíneas para todo el organismo adulto. Las CMH de la médula ósea se hallan en una concentración aproximada de 1 por cada 10.000 células mononucleares; también pueden obtenerse de la sangre periférica, ya que son capaces de abandonar la médula ósea y pasar a la circulación sanguínea, en un proceso denominado Movilización. Las CMH se caracterizan por su pequeño tamaño, una gran relación Núcleo-Citoplasma, la ausencia de marcadores de linaje (Lin), un bajo marcaje con tintes vitales como Hoechst 33342 y la presencia de varios marcadores de superficie, entre los que se encuentran (Humano): CD34, CD90, CD117 (C-Kit) y CD133. Una población celular altamente enriquecida con CMH puede obtenerse mediante selección por Citometría de flujo de células que expresan alguno de dichos marcadores (Tradicionalmente CD34). Sin embargo, ninguno de ellos por sí solo, ni en combinaciones simples, permite identificar específicamente una CMH.

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