““Las células madre: un Las células madre: un mundo de potencialidades”mundo de potencialidades”

Dra. Ana Sanz Ochotorena Dra. Ana Sanz Ochotorena yy

Annery Annery Serrano Rodríguezanita@fbio.uh.cu

Trabajo publicado en www.ilustrados.com

La mayor Comunidad de difusión del conocimiento

No fue hasta fines de 1998 que dos grupos de investigadores obtuvieron casi simultáneamente, pero valiéndose de métodos distintos, las primeras

células madre humana.

Las células madre, son denominadas también troncales, estaminales, tallo, embrionarias o stem cells.

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.

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

OVULACIOVULACIÓÓN, FERTILIZACIN, FERTILIZACIÓÓN, N, SEGMENTACISEGMENTACIÓÓN E N E

IMPLANTACIIMPLANTACIÓÓN EN HUMANOSN EN HUMANOS

Tubo intestinal

CRESTAS NEURALES

DESTINO DE LAS HOJAS DESTINO DE LAS HOJAS GERMINALESGERMINALES

ECTODERMO EPIDERMIS, SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

MESODERMOMÚSCULOS, HUESOS, CORAZÓN Y VASOS, RIÑONES, GÓNADAS

ENDODERMO SISTEMA DIGESTIVO, SISTEMA RESPIRATORIO

CRESTAS NEURALES SISTEMA NERVIOSO

PERIFÉRICO, MELANOCITOS

células madrecélulas madre

•Son células indiferenciadas, no especializadasSon células indiferenciadas, no especializadas

• Tienen la capacidad de auto-renovaciónTienen la capacidad de auto-renovación

•Pueden especializarse y diferenciarse de Pueden especializarse y diferenciarse de acuerdo a las condiciones fisiológicas en que se acuerdo a las condiciones fisiológicas en que se encuentrenencuentren

LAS CÉLULAS MADRE LAS CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS EMBRIONARIAS LAS CÉLULAS GERMINALES LAS CÉLULAS GERMINALES

EMBRIONARIAS EMBRIONARIAS

CÉLULAS MADRE DE CÉLULAS MADRE DE ADULTO ADULTO

Cigoto

Adulto

Células germinales

Células embrionarias

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.

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.

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

LAS CÉLULAS MADRE LAS CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS 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

• 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.

LAS CÉLULAS GERMINALES LAS CÉLULAS GERMINALES

EMBRIONARIAS EMBRIONARIAS Pionero en este campo, el obstetra John

Gearhart, de la Universidad Johns Hopkins, extrajo en 1998 las primeras stem cells humanas

del tubo genital de un embrión humano.

CÉLULAS MADRE CÉLULAS MADRE ADULTO 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 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 Plasticidad de las células madre células madre adultasadultas

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

Persistencia de células madre adultas con capacidad pluripotencial.

Los mecanismos planteados son :

Heterogeneidad de las células madre presentes en una población celular

Fusión de las células madre trasplantadas con las células específicas residentes en un órgano

Consumación de un proceso de desdiferenciación y rediferenciación celular.

Dificultades

• No se conoce el origen exacto en los tejidos adultos

• No proliferan en cultivo, sino que se diferencian

• Son muy escasas

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

CÉLULAS MADRE ADULTO CÉLULAS MADRE ADULTO

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 controlarEntrar en conflicto con el sistema inmune del pacienteSer 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

Ya comienzan a tener aplicaciones en terapias celulares, medicina regenerativa o ingeniería tisular

Medicina RegenerativaMedicina Regenerativa

Terapias de células madre: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

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).

•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

GRANDES DIFICULTADES

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?¿Ya se han reprogramado células?

Si, en varias partes del mundo. Si, en varias partes del mundo. Por ejemplo, investigadores del Instituto Israelí de Por ejemplo, investigadores del Instituto Israelí de Tecnología (Technion) lograron reprogramar células Tecnología (Technion) lograron reprogramar células

madre embrionarias y transformarlas en células madre embrionarias y transformarlas en células productoras de insulina. productoras de insulina.

Sometiendo células al contacto con colágeno, de la dermis, Sometiendo células al contacto con colágeno, de la dermis, lograron crear células de la piel. lograron crear células de la piel.

Por otra parte, científicos de la Universidad de Wisconsin Por otra parte, científicos de la Universidad de Wisconsin combinaron células madre con suero sanguíneo y combinaron células madre con suero sanguíneo y

produjeron células madre sanguíneas.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 ¿Ya algunos investigadores clonaron embriones humanos con fines terapéuticos?terapéuticos?

Un equipo de la Universidad Nacional de Seúl, en Corea del Sur, Un equipo de la Universidad Nacional de Seúl, en Corea del Sur, dirigido por el Dr. Woo Suk Hwang, en febrero del 2004 obtuvo dirigido por el Dr. Woo Suk Hwang, en febrero del 2004 obtuvo células madre de un embrión, las cuales se diferenciaron en células células madre de un embrión, las cuales se diferenciaron en células madre embrionarias (hepáticas, sanguíneas y neuronales). La madre embrionarias (hepáticas, sanguíneas y neuronales). La investigación se llevó a cabo con 242 óvulos de 16 donantes investigación se llevó a cabo con 242 óvulos de 16 donantes voluntarias. voluntarias.

En agosto de 2004 se autorizó la clonación humana en Gran Bretaña. En agosto de 2004 se autorizó la clonación humana en Gran Bretaña. En el 2001, una empresa estadounidense (Advanced Cell En el 2001, una empresa estadounidense (Advanced Cell Technology) logró clonar embriones humanos pero sólo crecieron Technology) logró clonar embriones humanos pero sólo crecieron hasta tener seis células y no lograron obtener células madre.hasta tener seis células y no lograron obtener células madre.

RETOSRETOS

CCómo se diferencian estas células para ómo se diferencian estas células para convertirse en otras; por ejemplo, en células del convertirse en otras; por ejemplo, en células del corazón, del páncreas o del cerebro.corazón, del páncreas o del cerebro.

CCómo diferenciarlas en el laboratorioómo diferenciarlas en el laboratorio

CCómo transplantarlas a los tejidos enfermosómo transplantarlas a los tejidos enfermos

Qué riesgos se pueden presentar. Se teme, por Qué riesgos se pueden presentar. Se teme, por ejemplo, que puedan producir cáncer (algo que ejemplo, que puedan producir cáncer (algo que ya ha sucedido en ratones)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!GRACIAS!