30 mayo, 2012

Regenerando tejidos y organismos a partir de una célula

Todos los seres vivos estamos compuestos por células, ya sea por una sola como es el caso de las bacterias, paramecios y amebas; o por miles de millones como en las plantas y animales. En estos últimos, cada célula que compone un individuo puede adquirir distintas formas y funciones especializadas, a pesar que todas compartan el mismo material genético y todas hayan sido originadas a partir de una única célula conocida como cigoto.

En los animales superiores como los mamíferos, el cigoto es una célula totipotente. Esto quiere decir que esta única célula tiene la capacidad de formar todos los diferentes tipos de células de las tres capas germinales de un organismo y, además, formar el saco vitelino, el cordón umbilical y la placenta.

Sin embargo, las de mayor interés para el mundo científico, especialmente para la biomedicina y la medicina regenerativa son las células pluripotentes. Estas células también tienen la capacidad de formar todos los tejidos de un individuo con excepción de la placenta y el saco vitelino, o sea, no pueden formar un ser humano completo desde cero.

La principal fuente de estas células son las células madre embrionarias (ESC), las cuales son obtenidas del blastocisto (una de las primeras etapas en el desarrollo de un humano). Esto quiere decir que para obtener estas células madre hay que destruir el embrión en formación y matar al futuro bebé. Es por esta razón que el trabajo con las células madre embrionarias genera dilemas éticos.

La solución a este dilema se obtuvo en el año 2006 [1], cuando científicos japoneses liderados por el Dr. Shinya Yamanaka, lograron convertir una célula diferenciada del fibroblasto del ratón en una célula madre pluripotente mediante un mecanismo de reprogramación celular. A estas células se las llamo células madre pluripotente inducidas (iPSC), las cuales tenían la capacidad —tal como una ESC— de formar cualquier tipo de tejido. Un año después, dos grupos de investigadores lograron obtener iPSC de humanos usando los mismos principios aplicados en ratones [2,3].



Sin embargo, a pesar que las dos son células madre, las iPSC tienen la desventaja de muchas veces no poder diferenciarse en cualquier tipo de célula y su capacidad de regeneración es más limitada comparado con las ESC. Este problema ha mantenido a los científicos ocupados durante los últimos años y ha retrasado el avance de la medicina regenerativa.

Los científicos no entendían a qué se debía ya que, tanto las ESC como las iPSC, tenían la misma información genética. La respuesta llegó hace unos meses, cuando se descubrió que la diferencia radicaba en la metilación de ciertas regiones del genoma de las iPSC que alteran la expresión de ciertos genes, afectando la diferenciación celular [4].

Otro problema de las iPSC es que, cuando las células diferenciadas son reprogramadas para tener una funcionalidad de célula madre, se le insertan factores de transcripción que, a la larga, no se llegan a inactivar y la célula empieza a dividirse sin control, generando tumores. Hace un año, investigadores del Departamento de Medicina de la Universidad de Pennsylvania desarrollaron una novedosa tecnología basada en pequeñas moléculas de ARN —de 18 a 20 pares de base— con la capacidad de regular la expresión de ciertos genes [5]. Estas moléculas conocidas como microARNs tenían la capacidad de reprogramar las células diferenciadas en células madre sin la necesidad de introducir factores de transcripción exógenos.

Pero, no basta solo con los factores de transcripción para reprogramar una célula o diferenciar una célula madre, las propiedades físicas del entorno (viscosidad, rigidez, elasticidad, etc.) juegan un papel muy importante en el desarrollo celular. El Dr. Penney Gilbert y sus colaboradores del Laboratorio Baxter descubrieron que los sustratos elásticos mejoraban la supervivencia y la capacidad regenerativa de las células madre musculares [6].

Gracias a estos descubrimientos ahora los científicos son capaces de regenerar ciertos órganos humanos. Dos grandes avances se han dado en los dos últimos años. El primero se dio a fines del 2010, cuando investigadores liderados por el Dr. James Wells del Centro Médico del Hospital de Niños de Cincinnati, lograron reconstruir el tejido intestinal humano usando un tipo de células madre embrionarias, imitando los estadíos de su desarrollo y formando un tejido tridimensional in vitro [7]. El segundo se dio en abril del 2011, cuando investigadores japoneses liderados por el Dr. Mototsugu Eiraku, lograron desarrollar uno de los tejidos más complejos de los humanos —la retinain vitro, usando células madre embrionarias [8].

Los animales adultos generalmente no poseen células pluripotentes. Aunque, de manera natural, todos los animales tenemos células madre en nuestro cuerpo, las cuales son las encargadas de regenerar nuestros tejidos que van envejeciendo y perdiéndose día a día. En total tenemos alrededor de 20 tipos difentes de células madre adultas las cuales ya no son totipotentes ni pluripotentes, sino más bien, multipotentes. El ejemplo más conocido son las células madre hematopoyéticas ubicadas en la médula osea, las cuales forman todas las células de la sangre (linfocitos, eritrocitos, plaquetas, neutrófilos, macrófagos, etc.).

Pero, una cosa es regenerar un tejido y otra muy diferente es regenerar todo, o por lo menos, una gran parte de un organismo vivo. En el mundo natural vemos que muchos animales tienen la capacidad de regenerar ciertas partes de su cuerpo cuando son dañadas o perdidas a causa de un accidente o al huir de un depredador. Tal vez el caso más conocido sea el de las lagartijas, quienes tienen la capacidad de regenerar su cola si es que llegan a perderla. Pero, esto no es nada comparado con la capacidad regenerativa de las planarias.

A fines del siglo XIX, T. H. Morgan observó y estudio la capacidad regenerativa de estos gusanos planos, y determinó que podían regenerarse por completo a partir de un fragmento que correspondía a la 279ava parte de su cuerpo.

El secreto de estos fascinantes organismos son los neoblastos, un tipo de células con la capacidad de regenerar cualquier parte del cuerpo de una planaria, incluso la cabeza. El viernes pasado, científicos del Instituto Médico Howard Hughes lograron regenerar una planaria completa usando un sólo neoblasto [9]. Además, al estudiarlo de manera individual, descubrieron que los neoblastos se comportan como células pluripotentes, algo que no había sido reportado en animales adultos, anteriormente.

Los neoblastos podrían ayudar a entender los intrincados mecanismos genéticos envueltos en la regeneración de tejidos y órganos a partir de celulas madre, ya sea embrionarias o inducidas a pluripotencia. Imagínense algún día poder tener esa capacidad de trasplantar una célula madre a un paciente con un problema hepático, y después de unas semanas, su hígado sea regenerado y funcione correctamente. Los avances obtenidos en los últimos años nos permiten soñar con tener esta tecnología algún día, pero mientras los problemas éticos sigan rondando las investigaciones científicas, el tiempo de espera será mucho mayor.

Disclaimer: Entrada originalmente publicada el 15 de Mayo del 2011 a través de Ciencias.pe



Referencias:
  1. Yamanaka, S. & K. Takahashi. Cell doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024 (2006).
  2. Thomson, J.A. et al. Science doi: 10.1126/science.1151526 (2007).
  3. Yamanaka, S. et al. Cell doi: 10.1016/j.cell.2007.11.019 (2007).
  4. Lister, R. et al. Nature doi: 10.1038/nature09798 (2011).
  5. Anokye-Danso, F. et al. Cell Stem Cell doi: 10.1016/j.stem.2011.03.001(2011).
  6. Gilbert, P. et al. Science doi: 10.1126/science.1191035 (2010).
  7. Spence, J. et al. Nature doi: 10.1038/nature09691 (2010).
  8. Eiraku, T. et al. Nature doi: 10.1038/nature09941 (2011).
  9. Wagner, D. et al. Science doi: 10.1126/science1203983 (2011).
Imagen | La cabeza de Einstein.

1 comentario:

  1. Es una maravilla la capacidad que tiene una célula de regenerar casi cualquier tejido del cuerpo humano. Más Aun si se tratan De Células Madre Adultas.

    La ciencia avanza velozmente y hoy en día con los problemas de enfermedades degenerativas, es una gran labor la que los científicos están haciendo.

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