Célula madre embrionaria
Tipo de célula madre blastocística pluripotente
Células madre embrionarias humanas en cultivo celular
Pluripotentes: las células madre embrionarias son capaces de convertirse en cualquier tipo de célula, excepto las de la placenta. Sólo las células madre embrionarias de la mórula son totipotentes : capaces de convertirse 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 da como resultado 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 desarrollo posterior a la implantación. [3] [4]

En la actualidad, los investigadores se centran en gran medida en el potencial terapéutico de las células madre embrionarias, y el uso clínico es el objetivo de muchos laboratorios. [2] Los usos potenciales incluyen el tratamiento de la diabetes y las enfermedades cardíacas . [2] Las células se están estudiando para su uso como terapias clínicas, modelos de trastornos genéticos y reparación celular/de ADN. Sin embargo, también se han informado efectos adversos en la investigación y los procesos 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 los embriones de mamíferos tempranos, se distinguen por su capacidad de diferenciarse en cualquier tipo de célula embrionaria y por su capacidad de autorrenovarse. Son estas características las que las hacen valiosas en los campos científicos y médicos. Las CME tienen un cariotipo normal , mantienen una alta actividad de la 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 de células del cuerpo humano adulto. Cuando se les proporcionan las señales adecuadas, las células madre embrionarias forman inicialmente células precursoras que posteriormente se diferencian en los tipos de células 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 de células.

Auto renovación y reparación de la estructura.

En condiciones definidas, las células madre embrionarias son capaces de autorenovarse indefinidamente en un estado indiferenciado. Las condiciones de autorrenovación deben evitar que las células se aglomeren y mantener un entorno que favorezca un estado no especializado. [7] Por lo general, esto se hace en el laboratorio con medios que contienen suero y factor inhibidor de leucemia o suplementos de medios sin suero con dos fármacos inhibidores ("2i"), el inhibidor de MEK PD03259010 y el inhibidor de GSK-3 CHIR99021. [8]

Crecimiento

Las células madre embrionarias 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 que es importante para el desarrollo embrionario temprano. En las células madre embrionarias, 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 son 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 células madre embrionarias, 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 pro-proliferativas y una fase G1 acortada se han vinculado al mantenimiento de la pluripotencia, [11] [12] las células madre embrionarias cultivadas en condiciones sin suero 2i expresan proteínas de retinoblastoma activas hipofosforiladas y tienen una fase G1 alargada. [13] A pesar de esta diferencia en el ciclo celular en comparación con las células madre embrionarias cultivadas en medios que contienen suero, estas células tienen características pluripotentes similares. [14] Los factores de pluripotencia Oct4 y Nanog desempeñan 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, se han propuesto terapias con células madre embrionarias 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 una serie de afecciones diversas, incluidas, entre otras, las siguientes: 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 la medicina regenerativa, las células madre embrionarias proporcionan una posible fuente alternativa de tejido/órganos que sirve como una posible solución al dilema de la escasez de donantes. Sin embargo, existen algunas controversias éticas en torno a esto (consulte la sección Debate ético a continuación). Aparte de estos usos, las células madre embrionarias también se pueden utilizar para la investigación sobre el desarrollo humano temprano, ciertas enfermedades genéticas y pruebas toxicológicas 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 trasplantes o ingeniería de tejidos". [18]

Ingeniería de tejidos

Cuerpos embrionarios 24 horas después de su formación.

En la ingeniería de tejidos , se sabe que el uso de células madre es de 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, interactuar con células vecinas y producir una matriz extracelular en la organización correcta. Las células madre demuestran estas funciones biológicas específicas junto con la capacidad de autorenovarse y diferenciarse en uno o más tipos de células especializadas. Las células madre embrionarias son una de las fuentes que se están considerando para el uso de la ingeniería de tejidos. [19] El uso de células madre embrionarias humanas ha abierto muchas nuevas posibilidades para la ingeniería de tejidos, sin embargo, hay muchos obstáculos que deben superarse antes de que las células madre embrionarias humanas puedan incluso utilizarse. Se teoriza que si las células madre embrionarias pueden alterarse para que no provoquen la respuesta inmune cuando se implantan 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 la diferenciación de las células madre embrionarias en una variedad de tipos de células para su uso eventual como terapias de reemplazo celular. Algunos de los tipos de células que se han desarrollado o se están desarrollando actualmente incluyen cardiomiocitos , neuronas , hepatocitos , células de la médula ósea , células de los islotes y células endoteliales . [21] Sin embargo, la derivación de dichos tipos de células a partir de las células madre embrionarias 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 células madre embrionarias en cardiomiocitos específicos de tejido y erradicar sus propiedades inmaduras que las distinguen de los cardiomiocitos adultos. [22]

Potencial clínico

  • Los investigadores han diferenciado las 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 células madre embrionarias se han diferenciado en células asesinas naturales y tejido óseo. [25]
  • Se están realizando estudios que utilizan células madre embrionarias para ofrecer un tratamiento alternativo para la diabetes. Por ejemplo, las células madre embrionarias 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 células madre embrionarias [27] .
  • Un artículo publicado en el European Heart Journal describe un proceso traduccional para generar células progenitoras cardíacas derivadas de células madre embrionarias humanas para su uso en ensayos clínicos de pacientes con insuficiencia cardíaca grave. [28]

Descubrimiento de fármacos

Además de convertirse en una alternativa importante a los trasplantes de órganos, las células madre embrionarias también se están utilizando en el campo de la toxicología y como pantallas celulares para descubrir nuevas entidades químicas que se pueden desarrollar como fármacos de moléculas pequeñas . Los estudios han demostrado que los cardiomiocitos derivados de las células madre embrionarias 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 las células madre embrionarias responden a estímulos farmacológicos y, por lo tanto, se pueden utilizar para evaluar la cardiotoxicidad, como las torsades de pointes . [29]

Los hepatocitos derivados de células madre embrionarias también son modelos útiles que podrían utilizarse en las etapas preclínicas del descubrimiento de fármacos. Sin embargo, el desarrollo de hepatocitos a partir de células madre embrionarias ha demostrado ser un desafío y esto dificulta la capacidad de evaluar el metabolismo de los fármacos. Por lo tanto, la investigación se ha centrado en establecer hepatocitos derivados de células madre embrionarias completamente funcionales con actividad enzimática de fase I y II estable. [30]

Modelos de trastornos genéticos

Varios estudios nuevos 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, derivando líneas celulares enfermas identificadas mediante diagnóstico genético prenatal (DGP), el modelado de trastornos genéticos es algo que se ha logrado con células madre. Este enfoque puede resultar muy valioso para estudiar trastornos como el síndrome del cromosoma X frágil , la fibrosis quística y otras enfermedades genéticas que no tienen un sistema modelo confiable.

Yury Verlinsky , un investigador médico ruso-estadounidense que se especializó en genética embrionaria y celular ( citología genética ), desarrolló métodos de prueba de diagnóstico prenatal para determinar trastornos genéticos y cromosómicos un mes y medio antes que la amniocentesis estándar . Las técnicas son utilizadas ahora por muchas mujeres embarazadas y futuros padres, especialmente parejas que tienen antecedentes de anomalías genéticas o donde la mujer tiene más de 35 años (cuando el riesgo de trastornos relacionados genéticamente es mayor). Además, al permitir que los padres seleccionen un embrión sin trastornos genéticos, tienen el potencial de salvar las vidas de hermanos que ya tenían trastornos y enfermedades similares utilizando células de la descendencia libre de enfermedades. [31]

Reparación del daño del ADN

Las células somáticas diferenciadas y las células madre embrionarias utilizan diferentes estrategias 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 la vía principal para reparar las 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 los DSB. [33] Debido a que las células ES dan lugar 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, eliminar aquellas células con daños en el ADN no reparados. Por lo tanto, las células ES de ratón utilizan predominantemente la reparación recombinatoria homóloga de alta fidelidad (HRR) para reparar los DSB. [33] Este tipo de reparación depende de la interacción de los dos cromosomas hermanos [ verificación necesaria ] formados durante la fase S y presentes juntos durante la fase G2 del ciclo celular. La HRR puede reparar con precisión los 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, los cromosomas hermanos no están presentes). Las células madre ES de ratón carecen de un punto de control G1 y no sufren una detención del ciclo celular al adquirir daño en el ADN. [34] En cambio, sufren una muerte celular programada (apoptosis) en respuesta al daño en el ADN. [35] La apoptosis se puede utilizar como una estrategia a prueba de fallos para eliminar células con daños en el ADN no reparados con el fin de evitar la mutación y la progresión al cáncer. [36] En consonancia 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 células madre embrionarias humanas en individuos con lesión de la médula espinal recibieron la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA), lo que lo convirtió en el primer ensayo en humanos con células madre embrionarias 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 demostrado una mejora en la recuperación locomotora en ratas con lesión de la médula espinal después de un trasplante retrasado de 7 días de células madre embrionarias humanas que habían sido empujadas a un linaje oligodendrocítico. [39] El estudio clínico de fase I fue diseñado para inscribir a entre ocho y diez parapléjicos que hayan tenido sus lesiones no más de dos semanas antes de que comience el 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 les devolvieran 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 comprobar la seguridad de estos procedimientos y, si todo salía bien, se esperaba que condujera a futuros estudios que involucraran a personas con discapacidades más graves. [40] El ensayo se suspendió en agosto de 2009 debido a las preocupaciones de la FDA con respecto a una pequeña cantidad 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 inscribieron y administraron células madre embrionarias al primer paciente en el Shepherd Center de Atlanta . [42] Los creadores de la terapia con células madre, Geron Corporation , estimaron que tomaría varios meses para que las células madre se replicaran y para que la terapia GRNOPC1 fuera evaluada para determinar su éxito o fracaso.

En noviembre de 2011, Geron anunció que detendría el ensayo y abandonaría la investigación con células madre por razones financieras, pero que continuaría monitoreando a los pacientes existentes y estaba tratando de 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 basado en células madre embrionarias de Geron 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 humano basado en células madre embrionarias del mundo para tratar lesiones de la médula espinal. Con el apoyo de fondos públicos de California, el CIRM es el mayor financiador de la investigación y el 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 de la médula espinal 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 de la prueba de ensayo clínico de fase 1 de una dosis baja de AST-OPC1 en pacientes con lesión de la médula espinal torácica neurológicamente completa. Los resultados mostraron que AST-OPC1 se administró con éxito al sitio de la médula espinal lesionada. Los pacientes seguidos 2-3 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 exploraciones de resonancia magnética seriadas realizadas durante el período de seguimiento de 2 a 3 años indican que puede haberse producido una reducción de la cavitación de la médula espinal y que la AST-OPC1 puede haber tenido algunos efectos positivos en la reducción del deterioro del tejido de la médula espinal. No se produjo ninguna degeneración o mejora neurológica inesperada en los cinco sujetos del ensayo, según la evaluación del examen de las Normas internacionales para la clasificación neurológica de las lesiones de la médula espinal (ISNCSCI). [45]

La subvención de la Asociación Estratégica III del CIRM proporcionará fondos a Asterias para apoyar el próximo ensayo clínico de AST-OPC1 en sujetos con lesión de la médula espinal y para los esfuerzos de desarrollo de productos de Asterias para refinar y escalar los métodos de fabricación para apoyar los ensayos en etapas posteriores y, finalmente, la comercialización. La financiación del CIRM estará condicionada a la aprobación de la FDA para el ensayo, la finalización de un acuerdo definitivo entre Asterias y el CIRM y el 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 células madre embrionarias (CME) a ​​pacientes como terapias es su capacidad de formar tumores, incluidos teratomas. [46] Los problemas de seguridad llevaron a la FDA a suspender el primer ensayo clínico con CME, sin embargo no se observaron tumores.

La principal estrategia para mejorar la seguridad de las células madre embrionarias para su posible uso clínico es diferenciarlas en tipos celulares específicos (por ejemplo, neuronas, músculos, células hepáticas) que tienen una capacidad reducida o eliminada de causar tumores. Después de la diferenciación, las células se someten a una clasificación por citometría de flujo para una mayor purificación. Se predice que las células madre embrionarias son inherentemente más seguras que las células iPS creadas con vectores virales que se integran genéticamente porque no están modificadas genéticamente con genes como c-Myc que están vinculados al cáncer. No obstante, las células madre embrionarias expresan niveles muy altos de genes inductores de iPS y estos genes, incluido Myc, son esenciales para la autorrenovación y la pluripotencia de las células madre embrionarias [47], y es poco probable que las posibles estrategias para mejorar la seguridad eliminando la expresión de c-Myc preserven la "propiedad 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 la pluripotencia evitan estos problemas por completo 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 sobre el tema. Dado que la recolección de células madre embrionarias generalmente requiere la destrucción del embrión del que se obtienen esas células, el estatus moral del embrión se pone en tela de juicio. Algunas personas afirman que el embrión es demasiado joven para alcanzar la personalidad o que el embrión, si se dona desde una clínica de FIV (donde los laboratorios normalmente adquieren embriones), de lo contrario iría a parar a los desechos médicos de todos modos. Los oponentes de la investigación con células madre embrionarias afirman que un embrión es una vida humana, por lo tanto destruirlo es un asesinato y el embrión debe ser protegido bajo la misma visión ética que 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 que ahora se conoce como célula germinal . [50] Estas células se aislaron del teratocarcinoma, se replicaron y crecieron en un cultivo celular como una célula madre y ahora se conocen como células de carcinoma embrionario (EC). [ cita requerida ] Aunque las similitudes en la morfología y el potencial de diferenciación ( pluripotencia ) llevaron al uso de células EC como modelo in vitro para el desarrollo temprano del ratón, [51] 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 para permitir la derivación de células ES a partir de estos embriones.
  • 1981: Dos grupos obtuvieron de forma independiente por primera vez 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 el primero en julio, revelando una nueva técnica para cultivar embriones de ratón en el útero para permitir un aumento en el número de células, lo que permite la derivación de células ES a partir de estos embriones. [52] Gail R. Martin , del Departamento de Anatomía de la Universidad de California, San Francisco , publicó su artículo en diciembre y acuñó el término "célula madre embrionaria". [53] Demostró que los embriones podían cultivarse in vitro y que las células ES podían derivarse 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 ". [54] Al crear ratones knockout, esta publicación proporcionó a los científicos una forma completamente nueva de estudiar las 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 . [55] Este experimento instituyó 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 una variedad de técnicas de clonación. El experimento de Dolly se realizó obteniendo las células de ubre de mamífero de una oveja (Dolly) y diferenciando estas células hasta que concluyó la división. Luego se obtuvo un óvulo de un huésped ovino diferente y se extrajo el núcleo. Se colocó una célula de ubre junto al óvulo y se conectó mediante electricidad haciendo que esta célula compartiera ADN. Este óvulo se diferenció en un embrión y el embrión se insertó en una tercera oveja que dio a luz a la versión clonada de Dolly. [56]
  • 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 sólo crearon las primeras células madre embrionarias, sino que reconocieron su pluripotencia, así como su capacidad de autorrenovación. El resumen del artículo destaca la importancia del descubrimiento en relación con los campos de la biología del desarrollo y el descubrimiento de fármacos. [57]
  • 2001: El presidente George W. Bush permite la financiación federal para apoyar la investigación de unas 60 líneas de células madre embrionarias (que en ese momento ya existían). Dado que las líneas limitadas en las que Bush permitió la investigación ya se habían establecido, 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. [58]
  • 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) son un gran descubrimiento, ya que son aparentemente idénticas a las células madre embrionarias y podrían utilizarse sin provocar la misma controversia moral. [59]
  • Enero de 2009: La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) aprueba el ensayo de fase I de Geron Corporation para el tratamiento de lesiones de la médula espinal a partir de células madre embrionarias humanas. El anuncio fue recibido con entusiasmo por la comunidad científica, pero también con cautela por los opositores a las células madre. Sin embargo, las células del tratamiento se derivaron de las líneas celulares aprobadas bajo la política ESC de George W. Bush . [60]
  • 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 las células madre humanas. Esto permitiría a los Institutos Nacionales de Salud (NIH) proporcionar financiación para la investigación con células madre humanas. El documento también establece que los NIH deben proporcionar directrices de financiación federal revisadas dentro de los 120 días siguientes a la firma de la orden. [61]

Técnicas y condiciones de derivación y cultivo.

Derivación de los humanos

La fertilización in vitro genera múltiples embriones. El excedente de embriones no se utiliza clínicamente o no es adecuado para la implantación en el paciente, y por lo tanto puede ser donado por el donante con el consentimiento. Las células madre embrionarias humanas pueden derivarse de estos embriones donados o, además, también pueden extraerse de embriones clonados creados utilizando una célula de un paciente y un óvulo donado a través del proceso de transferencia nuclear de células somáticas . [62] 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. La inmunocirugía , el proceso en el que los anticuerpos se unen al trofectodermo y se eliminan con otra solución, y la disección mecánica se realizan para lograr la separación. Las células de la masa celular interna resultante se siembran en 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 de células madre embrionarias humanas se extrae de las células de soporte para formar cuerpos embrionarios, se cocultiva con un suero que contiene las señales necesarias o se injerta en un andamio tridimensional para obtener el resultado. [63]

Derivación de otros animales

Las células madre embrionarias se derivan de la masa celular interna del embrión temprano , que se extraen del animal madre donante. Martin Evans y Matthew Kaufman informaron sobre una técnica que retrasa la implantación del embrión, lo que permite que la masa celular interna aumente. Este proceso incluye la extracción de los ovarios de la madre donante y la dosificación de progesterona , lo que cambia el entorno hormonal, lo que hace que los embriones permanezcan libres en el útero. Después de 4 a 6 días de este cultivo intrauterino, los embriones se recolectan y se cultivan en un cultivo in vitro hasta que la masa celular interna forma "estructuras similares a cilindros de óvulos", que se disocian en células individuales y se siembran en fibroblastos tratados con mitomicina-c (para prevenir la mitosis de fibroblastos ). Las líneas celulares clonales se crean haciendo crecer una sola célula. Evans y Kaufman demostraron que las células cultivadas a partir de estos cultivos podrían formar teratomas y cuerpos embrionarios , y diferenciarse in vitro, todo lo cual indica que las células son pluripotentes . [52]

Gail Martin obtuvo y cultivó sus células madre embrionarias 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 en fibroblastos tratados con mitomicina-c en un medio que contenía suero y acondicionado por células madre embrionarias. Después de aproximadamente una semana, crecieron colonias de células. Estas células crecieron en cultivo y demostraron características pluripotentes , como lo demuestra la capacidad de formar teratomas , diferenciarse in vitro y formar cuerpos embrionarios . Martin se refirió a estas células como células madre embrionarias. [53]

Ahora se sabe que las células alimentadoras proporcionan el factor inhibidor de la leucemia (LIF) y el suero proporciona proteínas morfogenéticas óseas (BMP) que son necesarias para evitar que las células madre embrionarias se diferencien. [64] [65] Estos factores son extremadamente importantes para la eficiencia de la derivación de células madre embrionarias. Además, se ha demostrado que diferentes cepas de ratones tienen diferentes eficiencias para aislar células madre embrionarias. [66] Los usos actuales de las células madre embrionarias 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 madre embrionarias humanas es más difícil y enfrenta problemas éticos. Por lo tanto, además de la investigación de células madre embrionarias humanas, muchos grupos se centran en la generación de células madre pluripotentes inducidas (células iPS). [67]

Métodos potenciales para la derivación de nuevas líneas celulares

El 23 de agosto de 2006, la edición digital 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 forma de extraer células madre embrionarias sin destruir el embrión en sí. [68] Este logro técnico permitiría potencialmente a los científicos trabajar con nuevas líneas de células madre embrionarias derivadas utilizando fondos públicos en los EE. UU., donde la financiación federal estaba limitada en ese momento a la investigación utilizando líneas de células madre embrionarias derivadas antes de agosto de 2001. En marzo de 2009, se levantó la limitación. [69]

También se han obtenido células madre embrionarias humanas mediante transferencia nuclear de células somáticas (SCNT, por sus siglas en inglés) . [70] [71] Este enfoque también se ha denominado en ocasiones "clonación terapéutica" porque SCNT guarda similitud con otros tipos de clonación en que los núcleos se transfieren de una célula somática a un cigoto enucleado. Sin embargo, en este caso SCNT se utilizó para producir líneas de células madre embrionarias en un laboratorio, no organismos vivos a través de un embarazo. La parte "terapéutica" del nombre se incluye debido a 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 podrían convertir células adultas en células madre pluripotentes. [72] Fue galardonado con el Premio Nobel de 2012 junto con Sir John Gurdon "por el descubrimiento de que las células maduras pueden reprogramarse para volverse pluripotentes". [73]

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. [74] Utilizando los cuatro genes enumerados anteriormente, las células diferenciadas se "reprograman" para convertirlas 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 las células madre embrionarias, lo que lleva a que estas células se conozcan como células madre pluripotentes inducidas (células iPS). [75] Esta observación se observó originalmente en células madre pluripotentes de ratón, pero ahora se puede realizar en fibroblastos adultos humanos utilizando los mismos cuatro genes. [76]

Dado que las preocupaciones éticas con respecto a las células madre embrionarias generalmente se refieren a su derivación de embriones terminados, se cree que la reprogramación a estas células iPS puede ser menos controvertida.

Esto podría permitir la generación de líneas de células madre embrionarias específicas para cada paciente que podrían utilizarse potencialmente para terapias de reemplazo celular. Además, esto permitirá la generación de líneas de células madre embrionarias a partir de pacientes con una variedad de enfermedades genéticas y proporcionará modelos invaluables para estudiar esas enfermedades.

Sin embargo, como una primera indicación de que la tecnología de células iPS puede conducir en rápida sucesión a nuevas curas, fue utilizada por un equipo de investigación encabezado por Rudolf Jaenisch del Instituto Whitehead para Investigación Biomédica en Cambridge , Massachusetts , para curar la anemia de células falciformes en ratones , como lo informó la edición en línea de la revista Science el 6 de diciembre de 2007. [77] [78]

El 16 de enero de 2008, una empresa con sede en California, Stemagen, anunció que había creado los primeros embriones humanos clonados maduros a partir de células de piel individuales extraídas de adultos. Estos embriones pueden recolectarse para obtener células madre embrionarias compatibles con los pacientes. [79]

Contaminación por reactivos utilizados en cultivos celulares

El 24 de enero de 2005, la edición en línea de Nature Medicine publicó un estudio en el que se afirmaba que las células madre embrionarias humanas disponibles para la investigación financiada por el gobierno federal están contaminadas con moléculas no humanas del medio de cultivo utilizado para hacer crecer las células. [80] Es una técnica común utilizar células de ratón y otras células animales para mantener la pluripotencia de las células madre que se dividen activamente. El problema se descubrió cuando se descubrió que el ácido siálico no humano en el medio de cultivo comprometía los usos potenciales de las células madre embrionarias en humanos, según científicos de la Universidad de California en San Diego . [81]

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 derivadas de embriones humanos en condiciones completamente libres de células y suero. Después de más de 6 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 pases) con las líneas de células madre establecidas. [82]

Células de musa

Las células musa (células resistentes al estrés que diferencian múltiples linajes) son células madre pluripotentes no cancerosas que se encuentran en adultos. [83] [84] Fueron descubiertas en 2010 por Mari Dezawa y su grupo de investigación. [83] Las células musa residen en el tejido conectivo de casi todos los órganos, incluido el cordón umbilical, la médula ósea y la sangre periférica. [85] [83] [86] [87] [88] Se pueden recolectar de células mesenquimales obtenibles comercialmente, como fibroblastos humanos , células madre mesenquimales de médula ósea y células madre derivadas de tejido adiposo. [89] [90] [91] Las células musa pueden 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 musas no sufren la formación de teratomas cuando se trasplantan a un entorno huésped in vivo, lo que elimina el riesgo de tumorigénesis a través de la proliferación celular desenfrenada. [83]

Véase también

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Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Células madre embrionarias .
  • Comprensión de las células madre: una visión de la ciencia y los problemas desde las Academias Nacionales Archivado el 9 de abril de 2010 en Wayback Machine
  • 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
  • Hoja informativa sobre células madre embrionarias
  • Hoja 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 que incluye investigación, biotecnología y temas orientados al paciente.
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