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Consideraciones sobre las aplicaciones biomédicas de la células madre

Resumen: Las células madres o troncales han despertado el interés de círculos científicos, políticos, religiosos, hombres de negocio, entre otros. Esta temática ha evolucionado de forma rápida hasta convertirse en un área de aplicaciones prácticas ventajosas, fundamentalmente en la medicina humana.(E)
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Autor: Lic. José Ángel Morales León

Resumen

Las células madres o troncales han despertado el interés de círculos científicos,  políticos, religiosos, hombres de negocio, entre otros. Esta temática ha evolucionado de forma rápida hasta convertirse en un área de aplicaciones prácticas ventajosas, fundamentalmente en la medicina humana. En el mundo académico se les conoce por varios términos: células estaminales, "troncales" o "células madres", en inglés "stem cells". Según el origen hay tres tipos principales de células madres: Células madre obtenidas de tejidos adultos y Células madre obtenidas de cordón umbilical. La posibilidad, nada remota, de encontrar a través de ellas tratamiento para patologías que hasta ahora no presentan solución o ésta es muy parcial, desborda todas las expectativas. Las células madre transplantadas son entidades biológicas dinámicas que interactúan y son influenciadas por la fisiología del receptor.

 

Introducción.

Recientemente ha existido un marcado interés por las células madre, también denominadas raíz o troncales en múltiples áreas de la investigación e innovación tecnológicas que van desde aplicaciones médicas hasta la producción de alimentos. Muchas compañías y multinacionales han volcado esfuerzos importantes en la dirección del empleo multifuncional de los así denominados “dones” de este tipo de células. Algunos de los resultados más importantes se encuentran en el orden de los servicios médicos y la industria médico-farmacéutica. En Cuba existe un movimiento muy dinámico y revolucionario en los aspectos de investigación e introducción de los resultados científicos en torno a esta temática, observándose algunos resultados en el tratamiento de algunas afecciones médicas.

Se ha publicado una cantidad considerable de trabajos al respecto, fundamentalmente en países del primer mundo y en Internet aparecen aspectos generales del uso de esta novedosa tecnología. Cabe señalar que la aplicación de estos conocimientos en la práctica social trae aparejado una serie de implicaciones ético morales, lo cual constituye un campo de indagación teórica en los estudios sociales sobre ciencia y tecnología. La información es limitada, debido a que se trata de un campo en pleno desarrollo, sin embargo es un elemento que ha llamado poderosamente la atención en los círculos académicos de ciencias biológicas, sobre todo en los médicos.

En 1984 se realizó en Estados Unidos la primera inseminación artificial exitosa, una experiencia que fue posible gracias al descubrimiento de que el esperma podía ser congelado, y a continuación inyectado al cuello del útero femenino. Durante décadas esta experiencia fue silenciada y considerada confidencial, pero a partir de los años 50 empezó a difundirse.

El paso siguiente fue la llamada "fecundación in vitro" en la que el espermatozoide y el óvulo son puestos en contacto en un laboratorio. El primer ser humano nacido por este procedimiento vio la luz en julio de 1978 en Gran Bretaña, fue una mujer y se llama Louise Brown, la primera "bebé de probeta" de la hi storia de la humanidad.

Pero la ciencia médica siguió adelante. En 1983 se llegó a la congelación de embriones, lo que permitía que éstos pudieran ser conservados, y en 1991 se realizó con éxito la llamada inyección intra-citoplásmica de espermatozoides, con la cual un padre estéril o con pocos espermatozoides podía lograr la fecundación al introducirse uno de ellos, no del todo maduro, en un ovocito.

Entre 1991 y 1998 en GB fueron creados in vitro para fines de investigación médica 763 mil embriones, de los cuales 273 mil 603 no fueron usados y fueron destruidos. Sólo 351 mil 617 embriones se utilizaron para tratamientos de infertilidad y otros 48 mil 444 fueron dirigidos a investigación.

Posteriormente, en 1993, en EU, tuvo lugar la clonación de un embrión humano, realizada por el doctor Jerry Hall, quien tras manipular un óvulo ya fecundado logró artificialmente crear un gemelo idéntico al interior del óvulo, lo que ocasionó controversias sobre la ética de las prácticas médicas.

En 1998 el científico estadounidense James Thomson, de la Universidad de Wisconsin, demostró que del tejido embrionario se pueden obtener cultivos de células stem, capaces de reproducirse indefinidamente en el laboratorio y, en ciertas condiciones, convertirse en cualquiera de los cientos de tejidos distintos que forman el cuerpo humano.

En diciembre del 2000 Italia dio a conocer la técnica denominada Transferencia Nuclear de Células Madre Autólogas que consiste en el uso de un ovocito que es vaciado y luego llenado con el núcleo de una célula adulta del paciente, para después ponerlo en cultivo y obtener de él las células madre necesarias sin llegar al uso de un embrión.

La aplicación médica de las células madre es un aspecto que desde el punto de vista informativo-práctico puede contribuir a la actualización los contenidos científicos en áreas como la cirugía general y específica, la histopatológica, la fisiología normal y patológica y la bioquímica clínica, entre otros, de profesionales y estudiantes de las ciencias médicas

 

Concepto de células madre.

En el mundo académico se les conoce por varios términos: células estaminales,
"troncales" o "células madres", en inglés "stem cells". Son
un tipo especial de células que tienen la capacidad de desarrollarse y llegar a producir células especializadas de uno u otro tejido del cuerpo humano (corazón, riñón, páncreas, etc.)

Cuando el espermatozoide fecunda el óvulo, la célula resultante, el cigoto, pone en marcha su capacidad de reproducirse, dividiéndose en dos células iguales, luego en cuatro, en ocho, y así sucesivamente. Una semana más tarde se ha formado la blástula, una bola hueca de células que acabará dando lugar a la placenta. Pegada a la pared interior de la blástula se forma una masa de células que contiene las células "madre" o "stem" (también llamadas "raíz" o "troncales") Cada una de estas células madre embrionarias puede dar lugar a un embrión entero y puede también iniciar cualquier linaje de células de nuestro cuerpo una vez que han recibido las señales bioquímicas correctas. Las células madre embrionarias son un prodigio de versatilidad, tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula, de tejido o de órgano.

De acuerdo con las explicaciones de expertos en el tema hay dos tipos de células stem o troncales procedentes de embriones, dependiendo de en qué fase del desarrollo embrionario se extraigan: las "totipotentes" y las "pluripotentes".

Las totipotentes proceden de la primera división del óvulo fertilizado y pueden dar lugar a un ser humano completo. Pocos días después, las células totipotentes forman un conjunto de células, un blastocito, en cuyo interior se encuentran las células "pluripontentes" (o madres) que no pueden dar lugar a un individuo, pero son capaces de diferenciarse en cualquier tipo de tejido. Estas son, precisamente las denominadas células embrionarias stem.

Es entonces cuando se abre la posibilidad del uso de estas células para reponer la médula ósea en los pacientes que sufren de cáncer, producir células pancreáticas que alivien la diabetes o células neuronales para tratar las enfermedades de Parkinson y Alzheimer, entre otros males.

Se afirma que además de estar en los embriones, las células raíz también se encuentran de manera natural en los tejidos adultos de donde pueden obtenerse sin necesidad de utilizar embriones. Sin embargo, hasta ahora poco se sabe sobre la posibilidad de mantenerlas fuera del cuerpo, sobre su capacidad de diferenciación y si se pueden obtener en las cantidades que se requieren a fin de estudiar su utilidad en casos clínicos.

 

Tipos de células madre.

Según el origen hay tres tipos principales de células madres:

·         Células madre obtenidas de tejidos adultos (médula ósea, piel, cerebro, tejido adiposo)

·         Células madre obtenidas de cordón umbilical. Ambas son difíciles de obtener y/o manipular. No poseen la misma capacidad de desarrollarse en células de cualquier tipo de tejido humano y de diferenciación universal, y además los estudios efectuados hasta la fecha demuestran que su eficacia es muy baja.

Las células madre embrionarias son obtenidas de preembriones, en fase de blastocito (fase del desarrollo embrionario que se forma al cuarto día de la fecundación, y en cuyo interior se hallan las células madre embrionarias) Estos preembriones son sobrantes de las técnicas de fecundación in vitro, y conforme al ordenamiento jurídico, han de criopreservarse (congelarse) durante un plazo máximo de cinco años.

En realidad desde hace tiempo se sabe que tras el nacimiento quedan unas células embrionarias remanentes, diseminadas por los diferentes órganos y tejidos, que son capaces de responder a estímulos regenerativos e iniciar un proceso de autorrenovación, tras el cual algunas de ellas son capaces de diferenciarse hacia linajes especializados, propios del tejido en el que se encuentran. Así sabemos que reparamos nuestra piel, renovamos nuestras células sanguíneas, cicatrizamos los huesos o incluso reponemos la masa hepática amputada. Estas son las que han sido llamadas células madre del adulto o somáticas (adult stem cells) por encontrarse como parte constituyente de los individuos durante toda su vida postnatal1 Lo más novedoso ha sido el hallazgo de que las células embrionarias, constituyentes de la masa interna del blastocito temprano (de 4-5 días en el caso del humano) puedan multiplicarse en el laboratorio, y a partir de ellas diferenciarse en los diferentes tipos celulares, y ahora sí, procedentes de cualquiera de las tres hojas blastodérmicas. Esto fue lo que consiguieron en la Universidad de Wisconsin en 1998. Nacieron así las células madre embrionarias (embryonic stem cells)2. Todavía existe un tercer tipo denominado células madre germinales o fetales (embryonic germ stem cells) que tienen parecidas potencialidades que las anteriores y que pueden encontrarse en la llamada cresta gonadal de los fetos humanos de 5 a 10 semanas3. De ellas se derivarán las células gaméticas durante la vida fértil del individuo.

Las diferencias entre unas y otras son apreciables, aunque no muy bien establecidas. Por ejemplo, se dice que las embrionarias y germinales son pluripotentes, es decir pueden dar lugar a células de cualquiera de las tres hojas embrionarias (ectodermo, mesodermo y endodermo) Por el contrario, las del adulto parecen capaces de originar otras de alguna de las hojas pero no de todas; por ello se les atribuye la cualidad de la multipontencialidad, reservando la totipotencialidad para las células de la mórula, anteriores a la segregación de la masa interna del blastocisto, cuando cualquiera de ellas puede dar lugar a un embrión completo. Esta es la razón por la que se dice que las células madre del adulto presentan menos plasticidad que las embrionarias, aunque cada vez hay más datos que indican que esta "deficiencia" puede ser claramente superable, y que cualquier célula del adulto puede ser genéticamente reprogramable en las condiciones ambientales adecuadas, para dar lugar a células especializadas de cualquier tejido.

Otra característica que diferencia a unos tipos de otros es la posibilidad de replicación indefinida en cultivo. Mientras que las embrionarias sí presentan esa cualidad, las del adulto la tienen más limitada. Esto podría ser un serio handicap para el uso de este tipo celular en terapia regenerativa, toda vez que se necesita un gran número de ellas para hacerla posible. Sin embargo, los datos que aparecen diariamente en la literatura apuntan la posibilidad de que la mejora de las condiciones técnicas de cultivo acabará con el problema. No obstante, se sabe fehacientemente que las células humanas pluripotentes son relativamente fáciles de cultivar durante muchas generaciones hasta conseguir su inmortalidad. A partir de ese momento, las líneas celulares podrían mantenerse indefinidamente y obtener de ellas células diferenciables hacia cualquier tipo celular, sin necesidad de nuevos embriones. Hasta la actualidad se han establecido casi medio centenar de líneas celulares pluripotentes humanas que muestran interesantes características tales como mantenimiento del número normal de cromosomas y posibilidad de dar lugar a células que expresan cualidades de diferenciadas, producir insulina, presentar actividad contráctil propia de células cardiacas, células sanguíneas, producción de determinadas sustancias propias del tejido nervioso, del hueso, del cartílago, etc. Además, las células humanas pluripotentes presentan telomerasa activa. La telomerasa es una enzima que mantiene la longitud de los telómeros cromosómicos que, a su vez, son importantes para mantener la capacidad de replicación. Es decir, telómeros largos indican mantenimiento de la capacidad proliferativa por muchas generaciones. Y este es el caso de las células pluripotentes humanas4.

 

Consideraciones generales sobre las aplicaciones biomédicas de las células madre.

Las células madre (stem cells) o células troncales han hecho irrupción en el mundo científico de tal forma que hoy resulta imposible sustraerse al impacto que están causando en la biología y la biomedicina. Las posibilidades demostradas, y sobre todo las que se intuyen con todo fundamento, son de tal importancia que el sitio que la investigación con células madre reclama es difícil de disputar. Ni siquiera la controversia ética o moral que suscitan ha hecho sino aumentar su interés y su impacto social. La posibilidad, nada remota, de encontrar a través de ellas tratamiento para patologías que hasta ahora no presentan solución o ésta es muy parcial, desborda todas las expectativas. Poder tratar la diabetes autoinmune (tipo 1), el Parkinson o el Alzheimer de manera cuasi revolucionaria, con eficacia insospechada y con parámetros más propios de la medicina natural que de la convencional (sustancias químicas, drogas, etc.) ha hecho que la sociedad occidental se haya movilizado para allegar recursos, reunir voluntades y vencer barreras aparentemente infranqueables.

Pero es que además, bajo el punto de vista meramente científico, el estudio de la biología de las células madre va a aumentar sensiblemente el conocimiento de los mecanismos moleculares que gobiernan la proliferación y diferenciación de estas células, lo que va a servir no sólo para entender las posibilidades clínicas que encierran sino también para avanzar en asuntos tan importantes como el desarrollo y mantenimiento de los organismos, el envejecimiento o la aparición y progreso de neoplasias.

¿Significa esto que la biomedicina se ha encontrado súbitamente con un campo nuevo de grandes posibilidades que ha permanecido oculto al avance científico?

Aunque la polémica, o más bien la incertidumbre, sobre la conveniencia de usar células madre embrionarias o del adulto para terapias celulares en humanos sigue abierta, hay algunas consideraciones que deben tenerse en cuenta: Los dos tipos son diferentes pero los dos presentan grandes posibilidades potenciales de uso clínico. Los trabajos futuros deberán decir cuáles son sus posibilidades proliferativas, de diferenciación, supervivencia y rechazo por el huésped. Probablemente unas de ellas sean mejores para ciertas aplicaciones, mientras otras lo serán para otras. De momento no es posible predecir casi nada. Más bien lo único que cabe es hacerse múltiples preguntas al respecto, cuyas respuestas sólo las podrán atisbar los avances imprescindibles en la biología celular de las células madre.

Algunas de las preguntas que necesitan repuesta antes de pasar a la realización de aplicaciones clínicas concretas pueden ser de este tipo:

¿Existe una célula madre universal capaz de circular y situarse en un tejido determinado para, ante la necesidad, generar células de ese tejido? ¿Cuáles son los factores responsables de la permanencia de las células madre en los lugares donde existe un daño a reparar? ¿Cuáles son los controles que dirigen un camino de diferenciación celular y no otro? ¿Mediante qué mecanismos pueden mantenerse en cultivo las células embrionarias en proliferación y cuáles son los que disparan su diferenciación? ¿Podemos conocer los mecanismos genéticos que permiten la diferenciación de células embrionarias en cada una de las procedentes de las tres hojas blastodérmicas, de tal forma que podamos manipular las del adulto para que inicien tal o cual camino de diferenciación? ¿Cuáles son las fuentes de células madre adultas en el cuerpo? ¿Cómo permanecen indiferenciadas en un "entorno diferenciado"? ¿Cuántos tipos de células madre adultas hay y en qué tejidos las podemos encontrar? ¿Cómo podremos manipularlas para mejorar su baja capacidad proliferativa actual? ¿Cuál será el estado de diferenciación más apropiado para el transplante?

Estas y otras muchas preguntas esperan respuesta de los cientos de laboratorios que actualmente están empeñados en esta investigación. A los problemas científicos por resolver debemos añadir las medidas de seguridad que precisan tomarse antes de transferir a un organismo células que deben ser "manipuladas" en el laboratorio. Es decir, sólo después de conocer los procesos básicos que subyacen en la proliferación y diferenciación de este tipo de células y de desarrollar todo un programa de seguridad pre y postimplante, podremos embarcarnos en programas de terapia celular con garantías de éxito y sin peligros gratuitos. Las células madre transplantadas son entidades biológicas dinámicas que interactúan y son influenciadas por la fisiología del receptor. Antes de ser transplantadas deben mantenerse en condiciones que promueven su expansión por autorrenovación de progenitores indiferenciados o la adquisición de propiedades de diferenciación indicativas de cada fenotipo. El transplante de tipos celulares no completamente diferenciados supone el reajuste de su metabolismo, de su programa genético, como consecuencia de las órdenes recibidas en el microambiente en el que son incluidas. La capacidad de proliferación y diferenciación inherente a este tipo de células son un reto para evaluar su seguridad. El desorden proliferativo o los errores de diferenciación post-implante son asuntos de extremada gravedad y de impredecibles consecuencias para no ser tenidos en cuenta con todo rigor.

Aunque todo el mundo científico está de acuerdo en la necesidad de ser cautelosos antes de iniciar casos clínicos con células madre, existen matices entre unos y otros. Mientras unos proponen esperar los próximos cinco años para estar seguros de introducir células madre con fines reparativos, otros piensan, sencillamente, que es necesario saber mucho más sobre la biología básica de las células madre humanas antes de explotar su valor terapéutico, independientemente de los años que deban transcurrir.

 

Referencias bibliográficas.

  1. Anderson et al. Nat. Med., 7:393-395. 2001
  2. Thomson et al. Science 282:1145-1147. 1998.
  3. Shamblott et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:13726-13731. 1998
  4. Amit et al. Dev. Biol., 227:271-278. 2000

 

AUTOR: 

Lic. José Ángel Morales León

Profesor de Bioquímica.

Departamento de Bioquímica.

Facultad de Ciencias Médicas de Granma, Manzanillo, Cuba.

e-mail: jangel@golfo.grm.sld.cu

 

Trabajo enviado el 24 de marzo de 2004.

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