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Célula madre embrionaria

Células madre embrionarias humanas en cultivo celular Pluripotentes: Las células madre embrionarias pueden desarrollarse en cualquier tipo de célula, excepto las de la placenta....

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Células madre embrionarias humanas en cultivo celular
Pluripotentes: Las células madre embrionarias pueden desarrollarse en cualquier tipo de célula, excepto las de la placenta. Solo las células madre embrionarias de la mórula son totipotentes : pueden desarrollarse en cualquier tipo de célula, incluidas las de la placenta.

Las células madre embrionarias ( CME ) son células madre pluripotentes derivadas de la masa celular interna de un blastocisto , un embrión en etapa temprana de preimplantación . [ 1 ] [ 2 ] Los embriones humanos alcanzan la etapa de blastocisto 4-5 días después de la fertilización , momento en el que constan de 50-150 células. El aislamiento de la masa celular interna (embrioblasto) mediante inmunocirugía resulta en la destrucción del blastocisto, un proceso que plantea cuestiones éticas , incluyendo si los embriones en la etapa de preimplantación tienen o no las mismas consideraciones morales que los embriones en la etapa de postimplantación del desarrollo. [ 3 ] [ 4 ]

Los investigadores se centran en gran medida en el potencial terapéutico de las células madre embrionarias, siendo el uso clínico el objetivo de muchos laboratorios. [ 2 ] Entre los posibles usos se incluyen el tratamiento de la diabetes y las enfermedades cardíacas . [ 2 ] Se estudian estas células para su uso en terapias clínicas, modelos de trastornos genéticos y reparación celular/de ADN. Sin embargo, también se han notificado efectos adversos en los procesos de investigación y clínicos, como tumores y respuestas inmunitarias no deseadas. [ 5 ]

Propiedades

Célula IPS
El transcriptoma de las células madre embrionarias

Las células madre embrionarias (CME), derivadas de la etapa de blastocisto de embriones de mamíferos en etapa temprana, se distinguen por su capacidad de diferenciarse en cualquier tipo de célula embrionaria y por su capacidad de autorrenovación. Son estas características las que las hacen valiosas en los campos científico y médico. Las CME tienen un cariotipo normal , mantienen una alta actividad de telomerasa y exhiben un notable potencial proliferativo a largo plazo . [ 6 ]

Pluripotente

Las células madre embrionarias de la masa celular interna son pluripotentes , lo que significa que pueden diferenciarse para generar ectodermo primitivo, que finalmente se diferencia durante la gastrulación en todos los derivados de las tres capas germinales primarias : ectodermo , endodermo y mesodermo . Estas capas germinales generan cada uno de los más de 220 tipos celulares del cuerpo humano adulto. Cuando reciben las señales adecuadas, las células madre embrionarias forman inicialmente células precursoras que posteriormente se diferencian en los tipos celulares deseados. La pluripotencia distingue a las células madre embrionarias de las células madre adultas , que son multipotentes y solo pueden producir un número limitado de tipos celulares.

Autorrenovación y reparación de la estructura

En condiciones definidas, las células madre embrionarias son capaces de autorrenovarse indefinidamente en un estado indiferenciado. Las condiciones de autorrenovación deben evitar que las células se agrupen y mantener un entorno que favorezca un estado no especializado. [ 7 ] Normalmente, esto se realiza en el laboratorio con medios que contienen suero y factor inhibidor de la leucemia o con medios libres de suero suplementados con dos fármacos inhibidores ("2i"), el inhibidor de MEK PD03259010 y el inhibidor de GSK-3 CHIR99021. [ 8 ]

Crecimiento

Las ESC se dividen con mucha frecuencia debido a una fase G1 acortada en su ciclo celular . La división celular rápida permite que las células crezcan rápidamente en número, pero no en tamaño, lo cual es importante para el desarrollo embrionario temprano. En las ESC, las proteínas ciclina A y ciclina E involucradas en la transición G1/S siempre se expresan en niveles altos. [ 9 ] Las quinasas dependientes de ciclina como CDK2 que promueven la progresión del ciclo celular están hiperactivas, en parte debido a la regulación negativa de sus inhibidores. [ 10 ] Las proteínas del retinoblastoma que inhiben el factor de transcripción E2F hasta que la célula está lista para entrar en la fase S están hiperfosforiladas e inactivadas en las ESC, lo que lleva a la expresión continua de genes de proliferación. [ 9 ] Estos cambios dan como resultado ciclos acelerados de división celular. Aunque los altos niveles de expresión de proteínas proproliferativas y una fase G1 acortada se han relacionado con el mantenimiento de la pluripotencia, [ 11 ] [ 12 ] las ESC cultivadas en condiciones 2i sin suero expresan proteínas del retinoblastoma activas hipofosforiladas y tienen una fase G1 alargada. [ 13 ] A pesar de esta diferencia en el ciclo celular en comparación con las ESC cultivadas en medios que contienen suero, estas células tienen características pluripotentes similares. [ 14 ] Los factores de pluripotencia Oct4 y Nanog juegan un papel en la regulación transcripcional del ciclo de las células madre embrionarias. [ 15 ] [ 16 ]

Usos

Debido a su plasticidad y capacidad potencialmente ilimitada de autorrenovación, las terapias con células madre embrionarias se han propuesto para la medicina regenerativa y el reemplazo de tejidos después de una lesión o enfermedad. Las células madre pluripotentes han demostrado ser prometedoras en el tratamiento de diversas afecciones, incluyendo, entre otras: lesiones de la médula espinal , degeneración macular relacionada con la edad , diabetes , trastornos neurodegenerativos (como la enfermedad de Parkinson ), SIDA , etc. [ 17 ] Además de su potencial en medicina regenerativa, las células madre embrionarias proporcionan una posible fuente alternativa de tejidos/órganos que sirve como una posible solución al dilema de la escasez de donantes. Sin embargo, existen controversias éticas en torno a esto (véase la sección Debate ético más adelante). Aparte de estos usos, las ESC también se pueden utilizar para la investigación sobre el desarrollo humano temprano, ciertas enfermedades genéticas y pruebas de toxicología in vitro . [ 6 ]

Utilizaciones

Según un artículo de 2002 en PNAS , "las células madre embrionarias humanas tienen el potencial de diferenciarse en varios tipos de células y, por lo tanto, pueden ser útiles como fuente de células para trasplante o ingeniería de tejidos". [ 18 ]

Ingeniería de tejidos

Cuerpos embrionarios 24 horas después de su formación.

En la ingeniería de tejidos , el uso de células madre es de gran importancia. Para diseñar con éxito un tejido, las células utilizadas deben ser capaces de realizar funciones biológicas específicas, como la secreción de citocinas, moléculas de señalización, la interacción con células vecinas y la producción de una matriz extracelular con la organización correcta. Las células madre demuestran estas funciones biológicas específicas, además de ser capaces de autorrenovarse y diferenciarse en uno o más tipos de células especializadas. Las células madre embrionarias son una de las fuentes que se están considerando para su uso en la ingeniería de tejidos. [ 19 ] El uso de células madre embrionarias humanas ha abierto muchas posibilidades nuevas para la ingeniería de tejidos; sin embargo, existen muchos obstáculos que deben superarse antes de que puedan utilizarse. Se teoriza que si las células madre embrionarias se pueden modificar para que no provoquen una respuesta inmunitaria al implantarse en el paciente, esto sería un paso revolucionario en la ingeniería de tejidos. [ 20 ] Las células madre embrionarias no se limitan a la ingeniería de tejidos.

Terapias de reemplazo celular

La investigación se ha centrado en diferenciar las células madre embrionarias (CME) en diversos tipos celulares para su eventual uso como terapias de reemplazo celular. Algunos de los tipos celulares que se han desarrollado o se están desarrollando actualmente incluyen cardiomiocitos , neuronas , hepatocitos , células de médula ósea , células de los islotes pancreáticos y células endoteliales . [ 21 ] Sin embargo, la obtención de estos tipos celulares a partir de CME no está exenta de obstáculos, por lo que la investigación se ha centrado en superar estas barreras. Por ejemplo, se están realizando estudios para diferenciar las CME en cardiomiocitos específicos de tejido y para erradicar sus propiedades inmaduras que las distinguen de los cardiomiocitos adultos. [ 22 ]

Potencial clínico

  • Los investigadores han diferenciado células madre embrionarias en células productoras de dopamina con la esperanza de que estas neuronas puedan utilizarse en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson. [ 23 ] [ 24 ]
  • Las ESC se han diferenciado en células asesinas naturales y tejido óseo. [ 25 ]
  • Se están realizando estudios con células madre embrionarias (CME) para ofrecer un tratamiento alternativo para la diabetes. Por ejemplo, las CME se han diferenciado en células productoras de insulina [ 26 ] , y los investigadores de la Universidad de Harvard lograron producir grandes cantidades de células beta pancreáticas a partir de CME [ 27 ] .
  • Un artículo publicado en el European Heart Journal describe un proceso traslacional para generar células progenitoras cardíacas derivadas de células madre embrionarias humanas que se utilizarán en ensayos clínicos de pacientes con insuficiencia cardíaca grave. [ 28 ]

descubrimiento de fármacos

Además de convertirse en una importante alternativa a los trasplantes de órganos, las ESC también se utilizan en el campo de la toxicología y como modelos celulares para descubrir nuevas entidades químicas que puedan desarrollarse como fármacos de molécula pequeña . Los estudios han demostrado que los cardiomiocitos derivados de ESC son modelos in vitro validados para probar las respuestas a los fármacos y predecir los perfiles de toxicidad. [ 21 ] Se ha demostrado que los cardiomiocitos derivados de ESC responden a estímulos farmacológicos y, por lo tanto, pueden utilizarse para evaluar la cardiotoxicidad, como la torsades de pointes . [ 29 ]

Los hepatocitos derivados de células madre embrionarias (CME) también son modelos útiles que podrían emplearse en las etapas preclínicas del descubrimiento de fármacos . Sin embargo, el desarrollo de hepatocitos a partir de CME ha resultado complejo, lo que dificulta la evaluación del metabolismo de los fármacos. Por consiguiente, la investigación se ha centrado en el establecimiento de hepatocitos derivados de CME completamente funcionales con actividad enzimática estable de fase I y II. [ 30 ]

Modelos de trastornos genéticos

Varios estudios recientes han comenzado a abordar el concepto de modelar trastornos genéticos con células madre embrionarias. Ya sea mediante la manipulación genética de las células o, más recientemente, mediante la obtención de líneas celulares enfermas identificadas por diagnóstico genético prenatal (DGP), se ha logrado modelar trastornos genéticos con células madre. Este enfoque podría resultar muy valioso para el estudio de trastornos como el síndrome del cromosoma X frágil , la fibrosis quística y otras enfermedades genéticas que carecen de un sistema modelo fiable.

Yury Verlinsky , investigador médico ruso-estadounidense especializado en genética embrionaria y celular ( citología genética ), desarrolló métodos de diagnóstico prenatal para detectar trastornos genéticos y cromosómicos un mes y medio antes que la amniocentesis estándar . Estas técnicas son utilizadas actualmente por muchas mujeres embarazadas y futuros padres, especialmente parejas con antecedentes de anomalías genéticas o en las que la mujer tiene más de 35 años (cuando el riesgo de trastornos genéticos es mayor). Además, al permitir a los padres seleccionar un embrión sin trastornos genéticos, existe la posibilidad de salvar la vida de hermanos que ya padecían trastornos y enfermedades similares, utilizando células de la descendencia sana. [ 31 ]

Reparación del daño del ADN

Las células somáticas diferenciadas y las células ES utilizan estrategias distintas para lidiar con el daño del ADN. Por ejemplo, los fibroblastos del prepucio humano, un tipo de célula somática, utilizan la unión de extremos no homólogos (NHEJ) , un proceso de reparación del ADN propenso a errores, como vía principal para reparar roturas de doble cadena (DSB) durante todas las etapas del ciclo celular. [ 32 ] Debido a su naturaleza propensa a errores, la NHEJ tiende a producir mutaciones en los descendientes clonales de una célula.

Las células ES utilizan una estrategia diferente para lidiar con las DSB. [ 33 ] Debido a que las células ES dan origen a todos los tipos de células de un organismo, incluidas las células de la línea germinal, las mutaciones que surgen en las células ES debido a una reparación defectuosa del ADN son un problema más grave que en las células somáticas diferenciadas. En consecuencia, se necesitan mecanismos robustos en las células ES para reparar los daños del ADN con precisión y, si la reparación falla, para eliminar aquellas células con daños de ADN no reparados. Por lo tanto, las células ES de ratón utilizan predominantemente la reparación recombinacional homóloga (HRR) de alta fidelidad para reparar las DSB. [ 33 ] Este tipo de reparación depende de la interacción de los dos cromosomas hermanos formados durante la fase S y presentes juntos durante la fase G2 del ciclo celular. La HRR puede reparar con precisión las DSB en un cromosoma hermano utilizando información intacta del otro cromosoma hermano. Las células en la fase G1 del ciclo celular (es decir, después de la metafase/división celular pero antes de la siguiente ronda de replicación) tienen solo una copia de cada cromosoma (es decir, no hay cromosomas hermanos presentes). Las células ES de ratón carecen de un punto de control G1 y no experimentan detención del ciclo celular al adquirir daño en el ADN. [ 34 ] En cambio, experimentan muerte celular programada ( apoptosis ) en respuesta al daño en el ADN. [ 35 ] La apoptosis puede utilizarse como una estrategia de seguridad para eliminar células con daños en el ADN no reparados con el fin de evitar mutaciones y la progresión al cáncer. [ 36 ] De acuerdo con esta estrategia, las células madre ES de ratón tienen una frecuencia de mutación aproximadamente 100 veces menor que la de las células somáticas isogénicas de ratón. [ 37 ]

Ensayo clínico

El 23 de enero de 2009, los ensayos clínicos de fase I para el trasplante de oligodendrocitos (un tipo de célula del cerebro y la médula espinal) derivados de ESC humanas en individuos con lesión medular recibieron la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA), lo que lo convirtió en el primer ensayo humano de ESC humanas del mundo. [ 38 ] El estudio que condujo a este avance científico fue realizado por Hans Keirstead y colegas en la Universidad de California, Irvine y apoyado por Geron Corporation de Menlo Park, CA , fundada por Michael D. West , PhD. Un experimento anterior había mostrado una mejora en la recuperación locomotora en ratas con lesión medular después de un trasplante retrasado de 7 días de ESC humanas que habían sido dirigidas a un linaje oligodendrocítico. [ 39 ] El estudio clínico de fase I fue diseñado para reclutar a unos ocho a diez parapléjicos que habían sufrido sus lesiones no más de dos semanas antes del inicio del ensayo, ya que las células deben inyectarse antes de que se pueda formar tejido cicatricial. Los investigadores enfatizaron que no se esperaba que las inyecciones curaran completamente a los pacientes ni restauraran toda la movilidad. Basándose en los resultados de los ensayos con roedores, los investigadores especularon que podría producirse la restauración de las vainas de mielina y un aumento de la movilidad. Este primer ensayo se diseñó principalmente para probar la seguridad de estos procedimientos y, si todo salía bien, se esperaba que condujera a futuros estudios con personas con discapacidades más graves. [ 40 ] El ensayo se suspendió en agosto de 2009 debido a las preocupaciones de la FDA con respecto a un pequeño número de quistes microscópicos encontrados en varios modelos de ratas tratadas, pero la suspensión se levantó el 30 de julio de 2010. [ 41 ]

En octubre de 2010, los investigadores reclutaron y administraron ESC al primer paciente en el Shepherd Center de Atlanta . [ 42 ] Los fabricantes de la terapia con células madre, Geron Corporation , estimaron que se necesitarían varios meses para que las células madre se replicaran y para que se evaluara el éxito o el fracaso de la terapia GRNOPC1 .

En noviembre de 2011, Geron anunció que detenía el ensayo y abandonaba la investigación con células madre por razones financieras, pero que continuaría monitorizando a los pacientes existentes y que estaba intentando encontrar un socio que pudiera continuar su investigación. [ 43 ] En 2013 , BioTime , dirigida por el director ejecutivo Dr. Michael D. West , adquirió todos los activos de células madre de Geron, con la intención declarada de reiniciar el ensayo clínico de Geron basado en células madre embrionarias para la investigación de lesiones de la médula espinal . [ 44 ]

La empresa BioTime, Asterias Biotherapeutics (NYSE MKT: AST), recibió un premio de asociación estratégica de 14,3 millones de dólares del Instituto de Medicina Regenerativa de California (CIRM) para reiniciar el primer ensayo clínico en humanos del mundo basado en células madre embrionarias para lesiones de la médula espinal. Financiado con fondos públicos de California, el CIRM es el mayor financiador de investigación y desarrollo relacionados con células madre en el mundo. [ 45 ]

El premio proporciona financiación a Asterias para reiniciar el desarrollo clínico de AST-OPC1 en sujetos con lesión medular y para ampliar las pruebas clínicas de dosis crecientes en la población objetivo destinada a futuros ensayos fundamentales. [ 45 ]

AST-OPC1 es una población de células derivadas de células madre embrionarias humanas (hESC) que contiene células progenitoras de oligodendrocitos (OPC). Las OPC y sus derivados maduros, llamados oligodendrocitos, proporcionan un soporte funcional crítico para las células nerviosas en la médula espinal y el cerebro. Asterias presentó recientemente los resultados del ensayo clínico de fase 1 que evaluó una dosis baja de AST-OPC1 en pacientes con lesión medular torácica neurológicamente completa. Los resultados mostraron que AST-OPC1 se administró con éxito en el sitio de la lesión medular. Los pacientes, seguidos durante 2 a 3 años después de la administración de AST-OPC1, no mostraron evidencia de eventos adversos graves asociados con las células en evaluaciones de seguimiento detalladas que incluyeron exámenes neurológicos frecuentes y resonancias magnéticas. El monitoreo inmunológico de los sujetos durante un año después del trasplante no mostró evidencia de respuestas inmunes celulares o basadas en anticuerpos a AST-OPC1. En cuatro de los cinco sujetos, las resonancias magnéticas seriadas realizadas durante el período de seguimiento de 2 a 3 años indican que pudo haberse producido una reducción de la cavitación de la médula espinal y que AST-OPC1 pudo haber tenido algunos efectos positivos en la reducción del deterioro del tejido medular. No se observó degeneración ni mejoría neurológica inesperada en los cinco sujetos del ensayo, según la evaluación realizada mediante el examen de las Normas Internacionales para la Clasificación Neurológica de la Lesión Medular (ISNCSCI). [ 45 ]

La subvención Strategic Partnership III de CIRM proporcionará financiación a Asterias para apoyar el próximo ensayo clínico de AST-OPC1 en pacientes con lesión medular, así como para los esfuerzos de desarrollo de productos de Asterias con el fin de perfeccionar y ampliar los métodos de fabricación para respaldar ensayos de fases posteriores y, finalmente, la comercialización. La financiación de CIRM estará condicionada a la aprobación del ensayo por la FDA, a la formalización de un acuerdo definitivo entre Asterias y CIRM, y al progreso continuo de Asterias hacia el logro de ciertos hitos predefinidos del proyecto. [ 45 ]

Preocupación y controversia

Efectos adversos

La principal preocupación con el posible trasplante de ESC en pacientes como terapia es su capacidad para formar tumores, incluidos teratomas. [ 46 ] Los problemas de seguridad llevaron a la FDA a suspender el primer ensayo clínico de ESC; sin embargo, no se observaron tumores.

La estrategia principal para mejorar la seguridad de las ESC para su posible uso clínico es diferenciarlas en tipos celulares específicos (p. ej., neuronas, células musculares, hepáticas) que tengan una capacidad reducida o eliminada para causar tumores. Tras la diferenciación, las células se someten a clasificación mediante citometría de flujo para su posterior purificación. Se prevé que las ESC sean intrínsecamente más seguras que las células iPS creadas con vectores virales de integración genética porque no están modificadas genéticamente con genes como c-Myc, que están relacionados con el cáncer. No obstante, las ESC expresan niveles muy altos de los genes inductores de iPS, y estos genes, incluido Myc, son esenciales para la autorrenovación y pluripotencia de las ESC, [ 47 ] y es improbable que las estrategias potenciales para mejorar la seguridad mediante la eliminación de la expresión de c-Myc preserven la "madurez" de las células. Sin embargo, se ha identificado que N-myc y L-myc inducen células iPS en lugar de c-myc con una eficiencia similar. [ 48 ] Los protocolos posteriores para inducir pluripotencia evitan por completo estos problemas mediante el uso de vectores virales de ARN no integradores, como el virus sendai o la transfección de ARNm .

Debate ético

Debido a la naturaleza de la investigación con células madre embrionarias, existen muchas opiniones controvertidas al respecto. Dado que la obtención de células madre embrionarias generalmente requiere la destrucción del embrión del que se obtienen, se cuestiona el estatus moral del embrión. Algunos afirman que el embrión es demasiado joven para alcanzar la condición de persona o que, si se dona desde una clínica de FIV (de donde los laboratorios suelen obtener los embriones), de todos modos terminaría como residuo médico. Los opositores a la investigación con células madre embrionarias sostienen que un embrión es una vida humana, por lo que destruirlo constituye un asesinato y debe protegerse bajo la misma perspectiva ética que a un ser humano más desarrollado. [ 49 ]

Historia

  • 1964: Lewis Kleinsmith y G. Barry Pierce Jr. aislaron un solo tipo de célula de un teratocarcinoma , un tumor ahora conocido de una célula germinal . [ 50 ] Estas células fueron aisladas del teratocarcinoma, replicadas y crecieron en cultivo celular como una célula madre y ahora se conocen como células de carcinoma embrionario (EC). [ 51 ] Aunque las similitudes en morfología y potencial de diferenciación ( pluripotencia ) llevaron al uso de células EC como modelo in vitro para el desarrollo temprano del ratón, [ 52 ] las células EC albergan mutaciones genéticas y a menudo cariotipos anormales que se acumularon durante el desarrollo del teratocarcinoma. Estas aberraciones genéticas enfatizaron aún más la necesidad de poder cultivar células pluripotentes directamente de la masa celular interna .
Martin Evans reveló una nueva técnica para cultivar embriones de ratón en el útero, lo que permite obtener células madre embrionarias a partir de estos embriones.
  • 1981: Dos grupos obtuvieron de forma independiente las primeras células madre embrionarias (células ES) a partir de embriones de ratón. Martin Evans y Matthew Kaufman , del Departamento de Genética de la Universidad de Cambridge , publicaron en julio un nuevo trabajo que revelaba una técnica para cultivar embriones de ratón en el útero, lo que permitía aumentar el número de células y obtener células ES a partir de estos embriones. [ 53 ] Gail R. Martin , del Departamento de Anatomía de la Universidad de California en San Francisco , publicó su artículo en diciembre y acuñó el término "célula madre embrionaria". [ 54 ] Demostró que los embriones podían cultivarse in vitro y que las células ES podían obtenerse a partir de estos embriones.
  • 1989: Mario R. Cappechi, Martin J. Evans y Oliver Smithies publican su investigación que detalla el aislamiento y las modificaciones genéticas de células madre embrionarias, creando los primeros " ratones knockout ". [ 55 ] Al crear ratones knockout, esta publicación proporcionó a los científicos una forma completamente nueva de estudiar enfermedades.
  • Diferenciación celular de la oveja Dolly
    1996: Dolly fue el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta por el Instituto Roslin de la Universidad de Edimburgo . [ 56 ] Este experimento estableció la proposición de que las células adultas especializadas obtienen la composición genética para realizar una tarea específica, lo que sentó las bases para futuras investigaciones dentro de diversas técnicas de clonación. El experimento de Dolly se realizó obteniendo células de ubre de una oveja (Dolly) y diferenciándolas hasta que se completó la división. Luego se obtuvo un óvulo de otra oveja y se extrajo el núcleo. Se colocó una célula de ubre junto al óvulo y se conectaron mediante electricidad, lo que provocó que esta célula compartiera ADN. Este óvulo se diferenció en un embrión , el cual se insertó en una tercera oveja que dio a luz a la versión clonada de Dolly. [ 57 ]
  • 1998: Un equipo de la Universidad de Wisconsin, Madison (James A. Thomson, Joseph Itskovitz-Eldor, Sander S. Shapiro, Michelle A. Waknitz, Jennifer J. Swiergiel, Vivienne S. Marshall y Jeffrey M. Jones) publica un artículo titulado "Líneas de células madre embrionarias derivadas de blastocistos humanos". Los investigadores responsables de este estudio no solo crearon las primeras células madre embrionarias, sino que también reconocieron su pluripotencia y su capacidad de autorrenovación. El resumen del artículo destaca la importancia del descubrimiento para los campos de la biología del desarrollo y el descubrimiento de fármacos. [ 58 ]
  • 2001: El presidente George W. Bush autoriza fondos federales para apoyar la investigación en aproximadamente 60 líneas de células madre embrionarias, que en ese momento ya existían. Dado que las líneas limitadas en las que Bush autorizó la investigación ya estaban establecidas, esta ley apoyó la investigación con células madre embrionarias sin plantear ninguna cuestión ética que pudiera surgir con la creación de nuevas líneas con cargo al presupuesto federal. [ 59 ]
  • 2006: Los científicos japoneses Shinya Yamanaka y Kazutoshi Takashi publican un artículo que describe la inducción de células madre pluripotentes a partir de cultivos de fibroblastos de ratón adulto . Las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) representan un gran descubrimiento, ya que son aparentemente idénticas a las células madre embrionarias y podrían utilizarse sin generar la misma controversia ética. [ 60 ]
  • Enero de 2009: La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) aprueba el ensayo de fase I de Geron Corporation para su tratamiento con células madre embrionarias humanas para lesiones de la médula espinal . El anuncio fue recibido con entusiasmo por la comunidad científica, pero también con recelo por parte de los detractores de las células madre. Sin embargo, las células utilizadas en el tratamiento provenían de las líneas celulares aprobadas bajo la política de células madre embrionarias de George W. Bush . [ 61 ]
  • Marzo de 2009: El presidente Barack Obama firma la Orden Ejecutiva 13505 , que elimina las restricciones impuestas por la administración presidencial anterior a la financiación federal para células madre humanas. Esto permitiría a los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) financiar la investigación con células madre embrionarias humanas (hESC). El documento también establece que los NIH deben proporcionar directrices revisadas sobre la financiación federal en un plazo de 120 días a partir de la firma de la orden. [ 62 ]

Técnicas y condiciones para la obtención y el cultivo

Derivación de los humanos

La fertilización in vitro genera múltiples embriones. El excedente de embriones no se utiliza clínicamente o no es apto para su implantación en la paciente, por lo que puede ser donado por la donante con su consentimiento. Las células madre embrionarias humanas pueden derivarse de estos embriones donados o, adicionalmente, también pueden extraerse de embriones clonados creados utilizando una célula de una paciente y un óvulo donado mediante el proceso de transferencia nuclear de células somáticas . [ 63 ] La masa celular interna (células de interés), de la etapa de blastocisto del embrión, se separa del trofectodermo, las células que se diferenciarían en tejido extraembrionario. Para lograr la separación, se realiza una inmunocirugía , proceso en el que los anticuerpos se unen al trofectodermo y se eliminan con otra solución, y una disección mecánica. Las células de la masa celular interna resultante se siembran sobre células que proporcionarán soporte. Las células de la masa celular interna se adhieren y se expanden aún más para formar una línea celular embrionaria humana, que no está diferenciada. Estas células se alimentan diariamente y se separan enzimática o mecánicamente cada cuatro a siete días. Para que se produzca la diferenciación, la línea celular de células madre embrionarias humanas se separa de las células de soporte para formar cuerpos embrionarios, se cultiva conjuntamente con un suero que contiene las señales necesarias o se injerta en un andamio tridimensional para obtener el resultado. [ 64 ]

Derivación de otros animales

Las células madre embrionarias se derivan de la masa celular interna del embrión temprano , que se obtiene del animal donante. Martin Evans y Matthew Kaufman describieron una técnica que retrasa la implantación del embrión, permitiendo que la masa celular interna aumente. Este proceso incluye la extracción de los ovarios de la madre donante y la administración de progesterona , lo que modifica el entorno hormonal y provoca que los embriones permanezcan libres en el útero. Tras 4-6 días de cultivo intrauterino, los embriones se extraen y se cultivan in vitro hasta que la masa celular interna forma estructuras cilíndricas, que se disocian en células individuales y se siembran en fibroblastos tratados con mitomicina C (para prevenir la mitosis de los fibroblastos). Se crean líneas celulares clonales mediante el cultivo de una sola célula. Evans y Kaufman demostraron que las células obtenidas de estos cultivos podían formar teratomas y cuerpos embrionarios , y diferenciarse in vitro, lo que indica que las células son pluripotentes . [ 53 ]

Gail Martin obtuvo y cultivó sus células ES de manera diferente. Extrajo los embriones de la madre donante aproximadamente 76 horas después de la cópula y los cultivó durante la noche en un medio que contenía suero. Al día siguiente, extrajo la masa celular interna del blastocisto tardío mediante microcirugía . La masa celular interna extraída se cultivó sobre fibroblastos tratados con mitomicina C en un medio que contenía suero y se acondicionó con células ES. Después de aproximadamente una semana, se desarrollaron colonias de células. Estas células crecieron en cultivo y demostraron características pluripotentes , como lo demuestra su capacidad para formar teratomas , diferenciarse in vitro y formar cuerpos embrionarios . Martin se refirió a estas células como células ES. [ 54 ]

Ahora se sabe que las células alimentadoras proporcionan el factor inhibidor de la leucemia (LIF) y el suero proporciona las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) que son necesarias para evitar la diferenciación de las células ES. [ 65 ] [ 66 ] Estos factores son extremadamente importantes para la eficiencia de la obtención de células ES. Además, se ha demostrado que diferentes cepas de ratones tienen diferentes eficiencias para aislar células ES. [ 67 ] Los usos actuales de las células ES de ratón incluyen la generación de ratones transgénicos , incluidos los ratones knockout . Para el tratamiento humano, existe la necesidad de células pluripotentes específicas del paciente. La generación de células ES humanas es más difícil y plantea problemas éticos. Por lo tanto, además de la investigación con células ES humanas, muchos grupos se centran en la generación de células madre pluripotentes inducidas (células iPS). [ 68 ]

Métodos potenciales para la obtención de nuevas líneas celulares

El 23 de agosto de 2006, la edición en línea de la revista científica Nature publicó una carta del Dr. Robert Lanza (director médico de Advanced Cell Technology en Worcester, MA) en la que afirmaba que su equipo había encontrado una manera de extraer células madre embrionarias sin destruir el embrión. [ 69 ] Este logro técnico permitiría potencialmente a los científicos trabajar con nuevas líneas de células madre embrionarias obtenidas con fondos públicos en los EE. UU., donde la financiación federal estaba limitada en ese momento a la investigación con líneas de células madre embrionarias obtenidas antes de agosto de 2001. En marzo de 2009, se eliminó dicha limitación. [ 70 ]

Las células madre embrionarias humanas también se han obtenido mediante transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) . [ 71 ] [ 72 ] Este método también se ha denominado a veces "clonación terapéutica" porque la SCNT guarda similitud con otros tipos de clonación, ya que los núcleos se transfieren de una célula somática a un cigoto enucleado. Sin embargo, en este caso, la SCNT se utilizó para producir líneas de células madre embrionarias en un laboratorio, no organismos vivos mediante un embarazo. El término "terapéutica" se incluye por la esperanza de que las células madre embrionarias producidas mediante SCNT pudieran tener utilidad clínica.

Células madre pluripotentes inducidas

La tecnología de células iPS fue desarrollada por el laboratorio de Shinya Yamanaka en Kioto , Japón , quien demostró en 2006 que la introducción de cuatro genes específicos que codifican factores de transcripción podía convertir células adultas en células madre pluripotentes. [ 73 ] Fue galardonado con el Premio Nobel de 2012 junto con Sir John Gurdon "por el descubrimiento de que las células maduras pueden ser reprogramadas para convertirse en pluripotentes". [ 74 ]

En 2007, se demostró que las células madre pluripotentes , muy similares a las células madre embrionarias, pueden inducirse mediante la administración de cuatro factores ( Oct3/4 , Sox2 , c-Myc y Klf4 ) a células diferenciadas. [ 75 ] Utilizando los cuatro genes mencionados anteriormente, las células diferenciadas se "reprograman" en células madre pluripotentes, lo que permite la generación de células madre pluripotentes/embrionarias sin el embrión. La morfología y los factores de crecimiento de estas células pluripotentes inducidas en laboratorio son equivalentes a los de las células madre embrionarias, por lo que se las conoce como células madre pluripotentes inducidas (células iPS). [ 76 ] Esta observación se realizó originalmente en células madre pluripotentes de ratón, pero ahora puede llevarse a cabo en fibroblastos adultos humanos utilizando los mismos cuatro genes. [ 77 ]

Dado que las preocupaciones éticas relacionadas con las células madre embrionarias suelen estar relacionadas con su procedencia de embriones a los que se les ha retirado el tratamiento, se cree que la reprogramación a estas células iPS puede resultar menos controvertida.

Esto podría permitir la generación de líneas celulares ES específicas para cada paciente, las cuales podrían utilizarse en terapias de reemplazo celular. Además, posibilitará la generación de líneas celulares ES a partir de pacientes con diversas enfermedades genéticas y proporcionará modelos invaluables para el estudio de dichas enfermedades.

Sin embargo, como primera indicación de que la tecnología de células iPS puede conducir rápidamente a nuevas curas, fue utilizada por un equipo de investigación dirigido por Rudolf Jaenisch del Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica en Cambridge , Massachusetts , para curar ratones de anemia falciforme , según informó la edición en línea de la revista Science el 6 de diciembre de 2007. [ 78 ] [ 79 ]

El 16 de enero de 2008, la empresa Stemagen, con sede en California, anunció la creación de los primeros embriones humanos clonados maduros a partir de células cutáneas individuales extraídas de adultos. Estos embriones pueden utilizarse para obtener células madre embrionarias compatibles con el paciente. [ 80 ]

Contaminación por reactivos utilizados en el cultivo celular

La edición en línea de Nature Medicine publicó un estudio el 24 de enero de 2005 que afirmaba que las células madre embrionarias humanas disponibles para la investigación financiada por el gobierno federal estaban contaminadas con moléculas no humanas provenientes del medio de cultivo utilizado para su crecimiento. [ 81 ] Es una técnica común utilizar células de ratón y otras células animales para mantener la pluripotencia de las células madre en división activa. El problema se descubrió cuando se halló ácido siálico no humano en el medio de cultivo, lo que comprometía los posibles usos de las células madre embrionarias en humanos, según científicos de la Universidad de California en San Diego . [ 82 ]

Sin embargo, un estudio publicado en la edición en línea de la revista médica Lancet el 8 de marzo de 2005 detalló información sobre una nueva línea de células madre derivada de embriones humanos en condiciones completamente libres de células y suero. Tras más de seis meses de proliferación indiferenciada, estas células demostraron el potencial para formar derivados de las tres capas germinales embrionarias tanto in vitro como en teratomas . Estas propiedades también se mantuvieron con éxito (durante más de 30 pasajes) en las líneas de células madre establecidas. [ 83 ]

células de Muse

Las células Muse (células resistentes al estrés con diferenciación multilinaje) son células madre pluripotentes no cancerosas que se encuentran en adultos. [ 84 ] [ 85 ] Fueron descubiertas en 2010 por Mari Dezawa y su grupo de investigación. [ 84 ] Las células Muse residen en el tejido conectivo de casi todos los órganos, incluyendo el cordón umbilical, la médula ósea y la sangre periférica. [ 86 ] [ 84 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] Se pueden obtener de células mesenquimales disponibles comercialmente, como fibroblastos humanos , células madre mesenquimales de médula ósea y células madre derivadas de tejido adiposo. [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] Las células Muse son capaces de generar células representativas de las tres capas germinales a partir de una sola célula, tanto de forma espontánea como bajo inducción de citocinas . La expresión de genes de pluripotencia y la diferenciación triploblástica son autorrenovables a lo largo de generaciones. Las células Muse no experimentan la formación de teratomas cuando se trasplantan a un entorno huésped in vivo, erradicando el riesgo de tumorigénesis a través de la proliferación celular descontrolada. [ 84 ]

Véase también

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  • Institutos Nacionales de Salud
  • Taller práctico de la Universidad de Oxford sobre tecnología de células madre pluripotentes. Archivado el 8 de abril de 2016 en Wayback Machine.
  • Ficha informativa sobre células madre embrionarias
  • Ficha informativa sobre cuestiones éticas en la investigación con células madre embrionarias.
  • Información y alternativas a la investigación con células madre embrionarias.
  • Un blog centrado específicamente en células ES y células iPS, incluyendo investigación, biotecnología y temas orientados al paciente.
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