CÉLULAS MADRES:
PANORAMA ACTUAL Y USO DE CÉLULAS MADRES EN REGENERACIÓN DE CARTÍLAGOS
ARTICULARES
En los últimos años, cerca de 40
para ser más específicos, se ha generado un avance significativo en la
investigación en el campo de la medicina. Uno de los descubrimientos más
importantes son las potencialidades de las células madres con proyecciones a
usos clínicos. Estas son células que tienen la capacidad de convertirse en
cualquier tipo celular del cuerpo, es decir, podemos obtener a partir de una
célula madre, células de los músculos, de los huesos, del corazón, incluso
neuronas. Con tan solo imaginarlo ya sabemos que muchas cosas que parecían
imposibles ya se encuentran al alcance de nuestras manos. Una de estas cosas
antes impensable es la regeneración de cartílagos articulares que busca
encontrar su solución en las células madre.
Para poder conocer todo el
potencial de las células madre debemos responder algunas preguntas como qué son
las células madres, qué tipos hay, su importancia, localización, entre otros. También
debemos conocer bien qué es un cartílago, su composición, principales
padecimientos para poder entender mejor como es el proceso de regeneración.
Luego podemos analizar lo que
respecta a los primeros tratamientos de regeneración de cartílago articular, la
terapia génica que ahora involucra, los andamios y scaffolds (Superficies que
contienen a las células madre tratadas in vitro dentro del cuerpo) que se
utilizan y un ejemplo de regeneración.
Finalmente presentaremos los
últimos avances en el campo de las células madre. El gran aporte de las iPSC
(células madre pluripotentes inducidas) y lo que esto representa, la nueva
teoría de los pericitos y trataremos de orientar todos los nuevos conocimientos
al proceso de regeneración de cartílago articular.
¿Qué son las células madre?
Las células madre son células con
capacidad clonogénica y autorenovadora y que se pueden diferenciar(1) en múltiples linajes celulares (Weissman IL 2000). Son células que pueden replicarse en
muchas generaciones sin perder sus características originales (Caplan AI 1991).
Las células madre mantienen la integridad estructural y funcional de los
tejidos reemplazando las células dañadas (Tirino V y cols. 2011). Aquí radica
el motivo de su importancia en el campo de los implantes y la medicina y el
porqué de su actual estudio.
¿Qué tipos de células
madres existen?
Podemos clasificar las células madre según su potencialidad. Encontramos
las células madre Totipotentes
capaces de formar células de todos los linajes del organismo. El cigoto es un
ejemplo. Luego tenemos las Pluripotentes,
aquellas con similar capacidad de formación, pero con algunas excepciones. Son
conocidas como células madre embrionarios por ser las de un embrión de 16
células. También pueden ser Multipotentes,
aquellas que generan varios tipos de tejido, pero con más restricciones.
Finalmente están las células madre Unipotentes
que producen solo un linaje como las espermatogonias.
Según su origen pueden ser clasificadas como embrionarias y adultas. Las embrionarias se llaman así porque su fuente de obtención son los embriones y las adultas porque se obtienen de diferentes tejidos adultos del cuerpo, del cordón umbilical, la placenta entre otros.
Importancia de las células madre mesenquimales
De todos los tipos de células
madres, en los últimos años, se ha puesto especial atención a las células madre
mesenquimales. Son células
multipotenciales primitivas, con morfología fibroblastoide, originadas a partir
de la capa germinal mesodermal, con la capacidad de diferenciarse en diversos
tipos de células (Anna M. Wobus 2008), también son aquellas capaces de dar
origen a células de origen mesodérmico (Caplan AI 1991). Los grupos de Caplan
(Caplan AI 1991) y Pittenger (Pittenger MF y cols. 1999) demostraron en la
década de los noventa, que las CMM (Células madre mesenquimales) tenían
propiedades osteogénicas, condrogénicas, adipogénicas entre otras. Esto quiere
decir que por medio de un proceso de diferenciación estas células podrían
llegar a ser osteocitos (células óseas), condrocitos (células del cartílago),
adipocitos (células grasas), mioblastos (precursores de células musculosas)
cardiomiocitos (células del corazón), neuronas y astrocitos (Células gliales(2))
tanto in vivo como in vitro (Salem H
2010). Las CMM están presentes en todos los tejidos
maduros del cuerpo humano y residen en áreas específicas de dichos tejidos,
donde permanecen inactivas sin dividirse, hasta que se activan por enfermedad o
lesión tisular (Tirino V y cols. 2011).
Localización de las
células madre mesenquimales
En la actualidad se sabe que el mayor
reservorio de células madre mesenquimales se encuentra en el estroma(3) de médula ósea. También se pueden aislar de: pulpa dental (Gronthos S y cols. 2000), ligamento periodontal, (Gronthos S y cols. 2000) dientes deciduos (Miura M y cols.
2003), periostio (Nakahara H y cols.
1991), membrana sinovial (De Bari C
y cols. 2001), músculo (Bosch P y
cols. 2000), grasa (Zuk PA y cols.
2002), dermis (Young HE y cols.
2001), y hueso trabecular (Tuli R y
cols. 2003). Estas células se pueden caracterizar mediante marcadores
moleculares de superficie como SH2 (CD105), SH3, SH4 (Haynesworth SE y cols.
1992), CD44 (Conget PA y Minguell JJ 1999) y Stro-1 (Gronthos S y Simmons PJ
1995); aunque ninguno de estos marcadores es específico de CMM, ya que también
han sido detectados en células mesenquimales diferenciadas, endoteliales y
epiteliales.
Métodos de aislamiento de células madre mesenquimales
Una parte muy importante en el
proceso de investigación con células madre mesenquimales es el proceso de
aislamiento. Mediante este se obtienen la materia prima con la cual se trabaja
en el laboratorio. A pesar de los años de investigación aún no se tiene un
método de total eficacia para este proceso. Tampoco se tienen marcadores o
señalizadores que nos permitan identificar las células madre mesenquimales a un
100 %. Es común utilizar métodos como
centrifugación, pero no se garantiza óptimos resultados. Este es un punto muy
desfavorable al momento de su utilización en investigaciones. Al aislar las
células madres se tratan de obtener la mayor cantidad de células mientras que
en la mayoría de procesos no es mayor de 5%. Hasta la fecha no se ha identificado un único marcador
que caracterice definitivamente este tipo de células (Shanti RM y cols. 2007).
Actualmente se han realizado nuevos estudios respecto a las células madre
mesenquimales y su origen en los vasos sanguíneos, los llamados pericitos.
Nuevos avances: Pericitos
Uno de los tipos de células madre
más utilizado y con gran potencial por su versatilidad son las células madre
mesenquimales. Actualmente se han estudiado más a fondo y se plantea una nueva
forma de verlas. EL doctor ARNOLD I. CAPLAN, Ph.D. y DIEGO CORREA, M.D., Ph.D
son quienes han realizado muchas investigaciones
al respecto y han llegado a nuevas conclusiones.
Anteriormente los estudios de
células madres mesenquimales se limitaban a su aislamiento, expansión y
caracterización y existe varios documentos que lo demuestran. Hay una literatura detallada y elegante
(Hirschi y D'Amore, 1996;. Crisan et al, 2008; Traktuev et al, 2008;..
Sacchetti et al, 2007), que apoya el hecho de que, para casi todos los vasos
sanguíneos en el cuerpo, las células mesenquimales se observan en lugares
perivasculares (en ambos vasos arteriales y venosos). Pericitos, asi es como se
llaman a estas células diferentes con ubicación perivascular. Luego de
comparaciones queda claro que los pericitos aislados exhiben un panel de
marcadores de superficie celular que son idénticas a las expresadas por las células
madre mesenquimales aisladas (Crisan et al., 2008). En conclusión, el Dr.
Caplan plantea que las células madre mesenquimales y los pericitos son la misma
célula pero en diferentes etapas.
Los pericitos, al estar ubicados
en las zonas perivasculares, se plantea un nuevo método de extracción de
células madre mesenquimales. Ya que, a partir de este nuevo conocimiento, se
podría aislar de cualquier tejido vascularizado(4),
y que las células madre mesenquimales secretan grandes cantidades de una
variedad de moléculas bioactivas como una respuesta inmunomoduladoras, en otras
palabras, como una farmacia.
En conclusión, los pericitos son
las células perivasculares que, en el momento de una rotura de vasos
sanguíneos, se activan como células madre mesenquimales que adquieren una
función inmunomoduladora y a la vez regenerativa. Esta nueva forma de ver las
cosas le da un giro a las investigaciones que utilizan células madres
mesenquimales.
El futuro del futuro: Las Células madre pluripotentes inducidas. (iPSC)
En el año 2012, el investigador
Shyn’ia Yamanaka fue galardonado con el premio Nobel de Fisiología y Medicina
junto a John Gurdon "por el descubrimiento de que células adultas pueden
reprogramarse para convertirlas en pluripotentes". A partir de esto se
abre una gran puerta hacia el futuro de la medicina regenerativa. Hasta ese
momento la fuente más utilizada y preferida de células era la de procedencia
embrionaria por su gran potencialidad, pero como sabemos esto conllevaba
problemas éticos y mucha polémica.
Empieza con la publicación de un
artículo de John B. Gurdon y Smith donde se habla de los genes Oct4, Nanog y
otros útiles en darle a las células ya diferenciadas características
pluripotentes media un tratamiento genético celular.
“Cuando veía un embrión-al
microscopio- me daba cuenta que hay poca diferencia entre él y mis hijas y
entonces pensaba que yo no podía permitirme destruir embriones para investigar.
Tenía que haber otra posibilidad.” Esto expresa Shyn’ia Yamanaka al momento de
presentar su trabajo. He aquí la clave de todo, en vista de los problemas
éticos que presentaba la utilización de células madre embrionarias, la opción
de nuevas células con capacidad pluripotente se muestra como la solución.
En el año 2006 Yamanaka,
basándose en estos descubrimientos, reprograma fibroblastos de ratón con los
genes Oct3/4, Sox2, c-Myc y Klf4. Todo se resume en la “activación” de
propiedades de la célula que tuvo al inicio, pero se perdió al ser adulta
utilizando la reprogramación genética. Shyn’ia hace realidad lo que estaba solo
en teoría, de células adultas obtiene células pluripotentes.
Lo que plantea Yamanaka es la
reprogramación de células adultas a células madre, ir de la meta a la partida,
llamadas células madre pluripotentes inducidas, iPSC en sus siglas en inglés.
Esto representa un avance superiormente notorio porque nos brinda una
oportunidad de trabajar con células de igual potencial que las células madre
embrionarias sin atentar contra la vida ni tener conflictos éticos.
Proceso de obtención de iPSC
El proceso de inducción de las
células adultas hacia células madre pluripotentes que realizó Shyn´ia Yamanaka
fue el siguiente:
(1)
Se
aíslan y cultivan las células adultas que se van a utilizar.
(2)
Se
hace la transferencia de genes exógenos provenientes de células madres a las
células por medio de vehículos retrovirales(5).
Las células de color rojo indican que son células transfectadas(variadas
genéticamente) que ya expresan los genes exógenos.
(3)
Se
cultivan las células transfectadas con métodos de cultivo de células madre
usando células inactivadas como capas alimentadoras (color gris).
(4) Un
subgrupo pequeño de estas células transfectadas se transforman en células
madres pluripotenciales inducidas (iPS) y desde ese momento en adelante
producen colonias de células madre.
Uno de los principales riesgos de
las iPSC eran que se vuelvan células cancerígenas ya que el gen C-Myc que era
utilizado en el proceso tenia características oncogénicas. Por esta razón,
Yamanaka lo sustituye por el gen Glis-1 con lo cual se soluciona el problema.
El uso de iPSC tenía otro punto
desfavorable. La cantidad de células madre pluripotentes inducidas obtenidas
luego del proceso era muy poco. Luego de investigaciones unos científicos
israelíes del Instituto Weizmann de ciencias, en Rehovot demuestran una
eficacia al 100% en la reprogramación de células de la piel para producir iPSC.
Esto fue posible anulando una proteína llamada Mbd3 y agregando un factor
llamado OSKM logrando resultados muy favorables.
Luego de todos estos
descubrimientos las células iPSC obtenidas por reprogramación celular han sido
utilizadas en tratamientos de regeneración con células neuronales y cardiacas.
Logrando así que sea la fuente celular principal en trabajos científicos
dejando muy de lado a las células madre embrionarias.
A la actualidad muchos trabajos
de regeneración se han realizado mediante iPSC muchos son de mucha magnitud y
han sorprendido a la comunidad científica. Algunos de ellos ya se realizan de
forma clínica, un ejemplo de esto es Biotime, empresa cuya estrategia es ser el
líder en el desarrollo de tecnologías basadas en células madre pluripotentes y
aplicar esas nuevas tecnologías en el tratamiento de enfermedades degenerativas.
Brinda tratamientos para de regeneración macular, Diabetes, Obesidad, entre
otros. Sin embargo no se asegura el 100% de éxito.
Últimas publicaciones sobre reprogramación celular
NUEVO MÉTODO DE REPROGRAMACIÓN: Los
científicos de la EPFL(6) han descubierto un Nuevo método para mejorar la forma de inducir las células
adultas en células madres. Este nuevo método se trata de variar la superficie
de cultivo de una de 2D a una 3D. Esta estructura nueva sería compuesta por un
gel que contenga todas las características importantes para la inducción. Los
científicos pretenden reprogramar las células más rápido y más eficiente que
los métodos actuales, simplemente ajustando la composición - y por lo tanto la
rigidez y densidad - del gel circundante. Como resultado, el gel ejerce
diferentes fuerzas sobre las células, esencialmente " exprimirlas”. Los
científicos dicen: " Cada tipo de célula puede tener un" punto dulce
" de los factores físicos y químicos que ofrecen la transformación más
eficiente", dice Lutolf. "Una vez que lo encuentras, es una cuestión
de recursos y tiempo para crear células madre en una escala más grande. "
ALGORITMO QUE PREDICE LA
CONVERSIÓN CÉLULAR: Un equipo internacional de investigadores de la Escuela de
Medicina de Duke - NUS ( Duke- NUS ) , la Universidad de Bristol , Universidad
de Monash y RIKEN han desarrollado un algoritmo que pueda predecir los factores
necesarios para convertir un tipo de célula a otro ser humano . Estos hallazgos
tienen implicaciones importantes para la medicina regenerativa y sentar las
bases para una mayor investigación en reprogramación celular. EL algoritmo se
llama MOGRIFY el cual accede a una base de datos donde encuentra la información
necesaria para las combinaciones de factores que se requieren. El algoritmo
completo lo podemos encontrar en http://www.mogrify.net/
al alcance de todos.
REFERENCIAS:
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[26] BIOTIME, INC. “Product
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[27] Stem Cells, Therapy & Biobanking, “Squeezing Cells
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[28] Stem Cells, Therapy & Biobanking, “Mapping out Cell
Conversion”, http://www.technologynetworks.com/Stemcells/news.aspx?ID=187496;
23 Enero 2016
By Rodrigo Fernández Cornejo
(1) Diferenciación: Proceso mediante el cual una célula cambia mediante variaciones
genéticas en otro tipo de célula.
(2) Células gliales: Células de tipo estructural en la red neural del cerebro.
(3) Estroma: Tejido conjuntivo que constituye la matriz o sustancia fundamental de
un órgano
(4) Vascularizado:
Que está provisto de vasos.
(5) Retrovirus: Es
un tipo de virus de la familia Retroviridae de tamaño microscopico que
contienen una única cadena de ARN
(6) Escuela
Politécnica Federal de Lausana
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