Clonación de células madre (segunda parte)
Clonación
Extenso estudio de la doctora Natalia López Moratalla sobre la clonación de células madre.
2.3.2. Células troncales del cerebro
Muchas de las enfermedades del sistema nervioso resultan de una perdida de células neuronales y las células maduras no se dividen para reemplazar las alteradas.
Por ejemplo, en la enfermedad de Parkinson mueren las neuronas que producen dopamina, en la de Alzheimer las responsables de la producción de ciertos neurotransmisores; en la esclerosis lateral amiotrofica mueren las neuronas motoras que activan los músculos y en la esclerosis múltiple se pierden las células de la glía que protegen las fibras nerviosas. En las lesiones de la médula espinal, en el trauma cerebral e incluso en un infarto cerebral, mueren otros tipos de neuronas.
La posibilidad de crear tejido nervioso nuevo a partir de células madre, restaurando así las funciones neuronales, supone una esperanza de tratamiento de estas enfermedades.
En el cerebro de adultos se encuentran células troncales (McKay R.D.G., 1997; Svendsen C.N., et. al., 1998), localizadas en los ventrículos laterales y en núcleo dentado del hipocampo, capaces de dividirse y de dar origen a neuronas (Doetsch F., et al., 1999). Estas células troncales neurales responden a neurotropinas (Johe K. et al. 1996).
Jeffrey Kocsis, de la Universidad de Yale, comprobó que en muchas ocasiones las lesiones de la médula espinal no cortan completamente a las fibras nerviosas que discurren a lo largo de toda ella, por lo que, en teoría, podrían repararse, ya que las células madre pueden migrar a lo largo de la médula espinal (Janoskuti L. et al., 2000).
Otros de los beneficiarios del tratamiento con células troncales pueden ser los pacientes que han sufrido un accidente cerebrovascular. Las células pluripotentes cerebrales se pueden regenerar, ya que están presentes en el cerebro a lo largo de toda la vida. De esta forma, la isquemia en sí misma estimula las nuevas neuronas, lo que puede ser una respuesta protectora que facilita la función de la memoria.
También las células madre pueden migrar hacia regiones cerebrales puntualmente dañadas. Barbara Tate (Mitchell J.K., et al., 2001), ha comprobado en ratas con Alzehemier experimental, que las células madre inyectadas se desplazan hasta la parte del cerebro lesionada, depositándose sobre la placa de Alzeheimer, al igual que en los experimentos con animales; estos datos sugieren que estas células madre neurales podrán ser útiles para reparar lesiones cerebrales como la adrenoleucodistrofia, o la esclerosis múltiple que entrañan disfunciones globales del cerebro y no sólo enfermedades como el Parkinson debidas a alteraciones localizadas.
La cantidad y la localización cerebral de estas células madre suponen una limitación para su uso terapéutico; sin embargo existen otras fuentes de células madre humanas, como la médula ósea, y que son capaces de reprogramarse en el laboratorio para dar células nerviosas inmaduras.
También las células troncales, obtenidas de cerebros de personas muertas y cultivadas in vitro (Palmer T.D. et al., 2001) , son una nueva fuente potencial para el tratamiento del Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas.
Las células madre neurales presentan un gran potencial en tratamientos antitumorales como vehículo capaz de alcanzar el cerebro de genes adecuados. Así, transfectadas con el gen que codifica la IL-4 se han transferido a ratones con gliomas (Benedetti S., et al., 2000).
Otros trabajos se han dirigido a restaurar el cerebro, haciendo proliferar y diferenciarse in situ las células madre neurales. La simple adición de un factor de crecimiento las estimular (Kondo T. y Raff M., 2000; Tuszynski, 2000); y de esta forma los investigadores esperan aportar los componentes colinérgicos de las neuronas perdidas en los enfermos de Alzheimer.
Otro trabajo (Fallon J. et al., 2000) muestra que la infusión del factor denominado factor de crecimiento transformante (alfa-TGF) a ratas con la enfermedad similar a Parkinson induce una proliferación rápida de células madre neurales, seguida de su migración y diferenciación a neuronas; las ratas tratadas muestran un descenso de los síntomas.
Se está tratando además de conseguir un incremento de la supervivencia de las células transplantadas inhibiendo el proceso de muerte programada (Schierle, G.S. et al., 1999).
Estos datos predicen una estrategia alternativa a los transplantes celulares como metodología para tratar las enfermedades neurodegenerativas. Pero además, y como comentaremos después, las células madre neurales, no sólo generan neuronas, o glía, sino que pueden generar células que normalmente se originan desde una línea germinal diferente, al adquirir características variadas de diferenciación dependiendo de la exposición a las señales epigenéticas apropiadas en los tejidos (Galli, R., et al., 2000).
Se ha descrito además que los oligodendrocitos pueden ser reprogramados, dando lugar a células madre neurales adultas progenitoras que generan los multiples tipos celulares del cerebro (Kondo T. y Raff. M., 2000).
2.2.3. Células troncales neurales del bulbo olfatorio
En 1992, Reynolds and Weiss describieron la presencia de una zona de células troncales neurales durante el desarrollo del cerebro de roedores; es una zona de intensa proliferación y la progenie de células madre en parte muere y otra parte da lugar a progenitores neuronales que migran hacia el bulbo olfatorio.
Se han identificado y aislado células madre en ratón, que se han diferenciado a neuronas y propagado en cultivos durante varios meses.
También se han aislado células madre derivadas del bulbo olfatorio de hombre adulto que han crecido y establecido una línea celular troncal neural (Giombimid S., et al., 2000). Estas células se diferencian para dar los tres tipos clásicos de células nerviosas (neuronas, astrocitos, y oligodendrocitos(, en respuesta a factores de crecimiento tales como el factor básico de fibroblastos, beta-FGF, y el epitelial, EGF.
El descubrimiento de una intensa regeneracion potencial del bulbo olfatorio y la posibilidad de expandir células madre neurales autólogas ofrecen una fuente excelente de células para transplante en terapias dirigidas a varias enfermedades neurodegenerativas, mediante una simple bulbotomía parcial: Alzheimer, esclerosis multiple, Parkinson, lesiones cerebrales.
Estas células troncales podrían obtenerse también de personas muertas (Roisen F. et al., 2001; Liu N. et al., 1998) y posteriormente inducir su expansión y diferenciación in vitro para aportar neuronas, transplantables a pacientes.
2.2.4. Células troncales en el ojo: cornea y retina
En los años 1980 se encontraron células troncales en la cornea, en el área llamada limbus, en la intersección entre la superficie externa del ojo, la cornea, y la superficie del globo ocular al interior.
El transplante de células madre limbales, en que una pequeña muestra del ojo del paciente en buén estado, o de un donante no relacionado con él, puede restaurar la visión perdida por agentes químicos o enfermedades (Chuck R. et al., 2001).
Como muestran los trabajos de Chuck este transplante de células madre a la cornea ha corregido en muchos pacientes la enfermedad conocida como síndrome de Stevens-Johnson, que cursa con ceguera.
Pacientes con problemas de retina necesitarán transplantes de células troncales y/o activación de sus propias células con factores de crecimiento. En ratas se han aislado ya células madre de la retina (Ahmad I., et al., 1998) lo que representa un signo positivo de las posibilidades de regeneración retinal.
2.2.5. Células troncales en el folículo del pelo y células troncales de la piel
Las células madre epiteliales son células progenitoras primitivas que permiten el continuo recambio de la piel humana a lo largo de la vida.
El 90% de la piel está cubierta de pelo. Los folículos del pelo pasan continuamente por un ciclo con tres estadios: crecimiento, degeneración y reposo (cfr. McCoy S. y Evans, A.1999) .
Tras el periodo, de varios años de duración, de crecimiento las células de la parte más baja del folículo, el bulbo, dejan de producir el pelo, degeneran y mueren. El folículo entra entonces en reposo y el pelo cae. La base del pelo forma una clara bola al final que después de varios meses en reposo se refuerza y produce un nuevo pelo.
Se encuentran en el folículo del pelo células troncales (Sun T-T., y Lavker R., 2001), que serán excelentes dianas para terapias génicas en enfermedades de la piel como la alopecia areata, en que el sistema inmunitario ataca grupos de folículos de pelo y los «fuerza» a permanecer en estado de reposo con la consiguiente perdida del pelo.
Lavker señala que sus datos sugieren que ciertos tipos de cáncer de piel surgen probablemente de las células troncales de la epidermis, ya que estas células y su progenie se localizan cerca de la superficie de la piel y son por tanto fácilmente alcanzables por los cancerígenos químicos; la terapia génica que modifique estas células podría tener un papel en tratamientos antitumorales y también para combatir enfermedades como la psoriasis.
2.2.6. Células troncales en el páncreas de animales. Potencial uso en la terapia de la diabetes mellitus.
La diabetes juvenil (tipo 1) es una enfermedad de etiología autoinmune caracterizada por la destrucción de las células del páncreas productoras de insulina.
Se han hecho esfuerzos por lograr transplantes de islotes pancreáticos beta para restaurar la producción y secreción de la hormona, pero están limitados tanto por el número de donantes como por la toxicidad de los tratamientos inmunosupresores requeridos para evitar el rechazo.
Se ha conseguido diferenciar células madre del embrión de ratón a células productoras de insulina en respuesta a la glucosa. Transplantadas a ratones diabéticos revirtieron la enfermedad durante un corto periodo de tiempo (Lumelsky N., et al., 2001; Lee S.H., et al., 2000).
Se han descubierto células madre que pueden generar células productoras de insulina; las precursoras de los islotes existen solamente en los conductor pancreáticos y cuando se exponen al estimulo de factores de crecimiento, pueden diferenciarse en nuevas células de islotes que pueden migrar (Zulewski H. et al., 2001) Se ha visto que las progenitoras de los islotes expresan nestina y se ha visto también células conteniendo nestina en los conductos pancreáticos, confirmándose así la localización de estas células madre.
Por ello se plantea la posibilidad de tomar células nestina positivas de un paciente, hacerlas crecer y volverlas a inyectar.
2.2.7. Células musculares inmaduras
Un especial interés tiene la obtención de células musculares. El equipo de Vescovi en el 2000, ha demostrado que el aislamiento y clonación de células madre nerviosas derivadas de ratones y humanos podría producir celulas musculares inmaduras in vitro e in vivo y que después los miocitos pueden trasplantarse en animales adultos.
Precisamente se ha demostrado que las células madre de adulto y no justamente las embrionarias pueden diferenciarse a células de músculo cardiaco incluso en venas en raton (Orlic D., et al., 2000). Cuando los mioblastos esqueléticos se inyectan en músculo cardiaco de un animal que ha sufrido un ataque cardiaco las células madres significativamente inducen la función cardiaca y la capacidad de ejercicio.
Las células troncales (especialmente las de la médula ósea) podrían ser utilizadas para prevenir o incluso reparar alteraciones del corazón en humanos que han sufrido un ataque o un infarto de miocardio; la inyección de células troncales de este origen les permite llegar al corazón y vasos del animal con lesiones de corazón y revierten estas alteraciones.
La conversión miogénica in vitro requiere la exposición directa al mioblasto y se bloquea si las células neurales se encuentran apiñadas. En el trabajo se ha comprobado que las señales para esa diferenciación están presentes en los músculos adultos, lo que sugiere que los tejidos adultos contienen la información necesaria para instruir a las células trasplantadas a que adopten las características apropiadas para la nueva localización.
Se conseguido que células de músculo inmaduras, trasplantadas a un tejido muscular dañado, se transforman en células musculares adultas sanas fusionándose con las originales dañadas y regenerándolas (Beauchamp J.R. et al., 1999). En este sentido, crece la posibilidad de que las células madre de tejidos de adulto desempeñen un papel en la terapia de reemplazo para las miopatías primarias, aunque la mejor fuente para obtener células miogénicas no puede ser obviamente el cerebro.
Se ha realizado ya (Menasche P., et al., 2001) la primera experiencia clínica de trasplante autólogo de mioblastos en un paciente de 72 años con isquémia cardiaca por una coronariopatía. Los mioblastos se cultivaron en el laboratorio durante 2 semanas y al mes de trasplantarlos se comprobó que la situación clínica había mejorado seguramente por reposición a partir de los mioblastos trasplantados de las células cardiacas dañadas.
2.3. Células troncales progenitoras hematopoyéticas de adulto
Las células madre de la sangre humana se han usado desde hace más de 40 años con fines terapéuticos.
En efecto, el trasplante realizado con células madre de médula ósea del propio paciente, o de médula ósea, sangre periférica, o cordón umbilical, de un donador sano y compatible inmunológicamente con el paciente, se ha utilizado en enfermedades inmunológicas, fallos de la médula ósea y diversas enfermedades hematológicas, incluidas las talasemias.
Hacia los años 50, dos grupos de investigadores (Jacobson L.O., et al.,1949; Lorenz E., et al.,1951) indicaron la posibilidad de inyectar por vía intravenosa las células de la medula ósea para restaurar las células sanguíneas destruidas en animales letalmente irradiados. Mas tarde, otros investigadores (Till J.E. y McCulloch E.A., 1961) señalaron que era posible tal reconstrucción con las células troncales hematopoyéticas; cada colonia deriva de un único precursor clonogénico que da origen a todos los linajes hematopoyéticos y tiene además capacidad de autorenovación.
Inicialmente, las células madre hematopoyéticas se caracterizaron por la expresión de algunos de los antígenos marcadores de membrana, como el CD34. Recientemente se ha descrito un nuevo tipo de células troncales, similares a fibroblastos primarios, y carentes de CD34, presentes en la médula ósea, la sangre periférica y la del cordón umbilical, y que constituyen el componente predominante de la población en reposo de las células madre hematopoyéticas y del mesénquima (Huss R. 2000).
Las células madre de la médula ósea son capaces de diferenciarse a células especificas de órganos y tejidos, por efecto de factores, especialmente del SCF (factor estimulante de colonias). La adición de este factor en combinación con interleuquina 1 (IL-1), IL-3 o IL-6 hace que una fracción significativa de las células madre prolifere a los linajes mieloides o eritroides; y la adición de G-CSF (factor estimulante de granulocitos), GM-CSF(de granulocitos-macrófagos) o M-CSF (de macrófagos) las dirige hacia precursores mieloides (Bernstein I.D. et al., 1991).
Una de las combinaciones más efectivas fue el tratamiento in vitro de células CD34+ con seis factores de crecimiento (IL-1, IL-3, IL-6, G-CSF, GM-CSF y SCF) (McNiece I.K.,et al. 1991). Las células del estroma son la mayor fuente de factores de crecimiento y también interaccionan con las células madre a nivel intercelular (Dorshkind K., 1990).
Durante años se supuso que las células estromales eran CD34–, mientras que las troncales expresaban, al menos en bajas cantidades, el antígeno CD34; pero recientemente, varios grupos han mostrado de forma independiente que es posible la reconstrucción hematopoyética con células madre CD34– derivadas de la médula ósea (Osawa M., et al. 1996; Morel F., et al. 1998).
Tradicionalmente el transplante de células troncales (CD34+) se realizó por infusión de una mezcla de las diferentes células de la médula ósea (Thomas E.D., et al.,1975; Deeg H.J., et al., 1988). Un avance fue seleccionar y eliminar, mediante anticuerpos monoclonales, células no deseadas, como los linfocitos B para transplantes autológos a pacientes con linfomas non-Hodgkin o mieloma múltiple (Anderson K.C., et al., 1991).
Otra fuente de células troncales es la sangre periférica y la del cordón umbilical desde donde pueden obtenerse mediante aféresis (Bender J.G., et al., 1994), creciéndolas in vitro antes de reinyectarlas al paciente sometido a radio o quimioterapias intensivas (Campos L., et al., 1993; Siena S., et al. 1989). Este tipo de células también se desarrollan en el hígado fetal y por ello se pueden tratar niños con inmunodeficiencias congénitas (Touraine J.L.,1980) suministrándoles estas células.
La diferenciación de un célula madre pluripotente a una línea celular madura de la sangre responde a una variedad de factores de crecimiento (Müller-Sieburg C.E., et al., 1988); y la expansión de progenitores hematopoyéticos se usa también para suplementar los transplantes autólogos (Brugger W., et al., 1993).
La médula ósea no sólo retiene a lo largo de la vida la capacidad de regenerar las células troncales progenitoras sino que da lugar a las células de la sangre, de hueso y de cartílago.
Como ya se comentó, los primeros experimentos de diferenciación de células troncales de la médula ósea se realizaron, cuando el equipo de Eglitis, y el de Kopen, consiguieron obtener células nerviosas. También se han obtenido, a partir células de la médula ósea, células musculares (Ferrari G. Et al., 1998), hepáticas (Petersen B.E. et al.,1999), y de endotelio vascular (Gao Z., 2001).
Los neurocientíficos continúan buscando alternativas a las neuronas (Brazelton T.R., et al., 2000) procedentes de células madre embrionarias o inmaduras fetales como fuente alternativa para la regeneración de zonas dañadas del cerebro. Las células madre de la médula ósea son realmente accesibles y pueden obtenerse del propio enfermo, sin problema de rechazo.
2.1.1. Células troncales de la sangre del cordón umbilical
Una de las fuentes más prometedoras de células pluripotenciales es la sangre del cordón umbilical que puede extraerse en el momento del nacimiento sin afectar al neonato ni a la madre; 4 millones de células precursoras pueden obtenerse a partir de 200 ml de sangre del cordón (Harris D.T. et al. 1994) que pueden usarse, incluso tras largo tiempo de crioconservación, en transplantes (Broxmeyer H.E., et al., 1994; Gluckman E., et al., 1989), y posiblemente en terapia génica.
Estas células ya se han aislado y purificado (Storms R.W., et al., 1999). La sangre del cordón presenta menos problemas de compatibilidad ya que las células madre presentes en ella difieren de las de la medula ósea y son más tolerantes (Kline R.M., 2001). No sólo generan hematíes normales y leucocitos (por lo que se pueden usar para ayudar a renovar los hematíes en personas con anemia falciforme y para restablecer el sistema inmunitario de niños nacidos con una inmunodeficiencia grave(, sino también otras células cerebrales de sostén como la microglía, por lo que se usan para aportar enzimas que estén alterados hereditariamente en enfermedades, como el síndrome de Hurler, en el que tal alteración enzimática conduce a una degeneración neurológica.
Ante las ventajas evidentes de los transplantes de sangre del cordón umbilical numerosos hospitales e institutos clínicos han establecido bancos donde la madre pueda depositar la sangre del cordón umbilical del hijo.
En 1989 el grupo de investigadores de Hal E. Broxmeyer demostraron que esta sangre tenía tantas células madre como la medula ósea; ese mismo año el primero de ellos con Eliane Gluckman informaron de la curación obtenida de un niño con anemia de Fanconi aprovechando sangre del cordón de una hermana (Gluckman, E., et al.,1989).
Desde entonces se ha usado la sangre depositada en los bancos para tratar a personas no emparentadas (citado en Kline R.M., 2001; cfr. la revisión Mayani H. y Lannsdorp P.M., 1998).
Recientemente se ha descrito que estas células pueden reparar lesiones cerebrales (Zigova T., et al., 2001).
2.2.2. Celulas madre hematopoyéticas del mesénquima
Las células progenitoras CD34– similares a fibroblastos han podido aislarse de la medula ósea y de la sangre periférica y datos preliminares muestran que pueden obtenerse de forma muy eficiente de la sangre del cordón unbilical (Huss R., et al., 1997; Lange C., et al. 1999).
Aunque existe aún discusión acerca de si hay un precursor común para las células del microambiente y las hematopoyéticas de la médula (Keating A., et al., 1982; Simmons P.J. y Torok-Storb B., 1991); está claro que las células madre hematopoyéticas CD34– en reposo junto a otras con morfología similar a fibroblastos, sirven de rodeamiento (bystander) celular, las proveen de los factores de crecimiento necesarios y permiten el contacto célula a célula equilibrando el delicado balance de la diferenciación y proliferación de la progenie hematopoyética (Huss R. ,1998).
Hay datos crecientes de que las células madre del mesénquima reconstituyen la médula ósea y liberan las células progenitoras a la circulación (Sandmaier B.M., et al., 1998); así las células madre del mesénquima son precursoras de otras células del mesénquima en órganos, tales como condriocitos, osteoblastos, y mioblastos (Pittinger M.F., et al.,1999).
Un primer ensayo clínico se ha efectuado usando las células madre del mesénquima s derivadas de la médula ósea para el tratamiento de niños con una osteogénesis imperfecta (Horwitz E.M., et al., 1999).
Las células CD34– mesenquimales son también capaces de generar las específicas de otros tejidos tales como endotelio y cardiomiocitos (Makino S., et al. 1999).
Se ha sugerido su potencial neoangiogenico (Ziegler B.L. et al., 1999) y para un amplio espectro de tratamientos de Terapia Génica (Reiser J., et al., 1996; Bianco P., 2001).
Las células madre del estroma de la médula ósea están implicadas en la formación del hueso (Ascenzi A. 1976) y pueden ser usadas en la reconstrucción de miembros (Kadiyala S., et al., 1997; Bruder S.P., et al.,1998; Gazit D., et al.,1999; Krebsbach P.H., et al., 1998)
2.2.3. Usos posibles de las células madre de la médula ósea
Diversos experimentos demuestran la posibilidad de reprogramar células madre de tejidos adultos, que pueden inyectarse en distintos órganos, como corazón, músculos, hígado, pulmón o intestino, transformándose in situ en células de esos tejidos.
Así se ha comprobado (Alison M.R., et al., 2000; Alison M.R., et al., 1998) que células madre de médula ósea no sólo se pueden transformar en células hepáticas, sino que en experimentos realizadas en ratones (Pedersen R.A., 1999) estas células madre pueden transformarse en células hepáticas, que en principio podrían ser útiles para tratamiento de enfermedades hepáticas degenerativas.
Se ha demostrado que las células troncales de la medula ósea de adulto pueden inyectarse en sangre y de allí migran al cerebro, se incorporan al tejido cerebral diferenciándose y se diferencian a neuronas con expresión de proteínas propias de estas células; esta enorme plasticidad supone un potencial de aplicaciones clínicas como fuente alternativa de neuronas para pacientes con enfermedad neurodegenerativa del sistema nervioso ( Mezey E., et al., 2000).
Paul Sanberg presentó en febrero de 2000, en la Reunión Anual de la Asociación Americana para el Avance de las Ciencias experimentos que demuestran que es posible regenerar tejido nervioso deteriorado por un ictus cuando células de cordón umbilical se inyectan en la sangre de los animales lesionados (Zigova T., et al., 2001).
También se ha conseguido regenerar células cardiacas en el miocardio lesionado de ratones trasplantándoles células madre de médula ósea (Clarke, D.L., et al., 2000). Inyectadas directamente al corazón, o sencillamente a la circulación (proceso se ha denominado «Integración supercelular»), no sólo se convierten en músculo cardiaco sino que se integran lentamente y llegan a ser indistinguibles y funcionales.
En resumen, la disyuntiva presentada a los investigadores, a las empresas y gobiernos, acerca de promover o por el contrario rechazar el uso y manipulación de embriones o de fetos humanos para obtener células madre pluripotentes puede ser bien resuelta acudiendo a las células madre de la sangre del cordón umbilical y a las multipotenciales de la médula ósea y de diversos tejidos y órganos de adulto.
La capacidad de crecimiento y la capacidad de diferenciarse a múltiples tipos de las primeras ( células troncales embrionarias) las hace muy difícilmente controlables para sustituir a las células dañadas o perdidas de un tejido concreto.
Por el contrario, las células troncales de adulto son más regulables; por otra parte, el inconveniente de no se hayan aislado aún, y es posible que no existan, células madre humanas de corazón y páncreas, y de que en algunos tejidos existan pocas o sean de difícil acceso, es salvable debido a que se puede usar para regenerar un tejido células madre de otro que proceda de la misma capa embrionaria original y por último la posibilidad de usar células madre del mismo paciente elimina el serio problema del rechazo inmunológico. La historia de la Ciencia enseña que el proceso más parecido a lo natural, mas conservador, el menos invasivo y menos destructivo, ofrece siempre las mejores soluciones y llega a ser el más eficaz y perdurable de los tratamientos.
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