La médula ósea es un tejido semisólido que se encuentra dentro de las porciones esponjosas (también conocidas como esponjosas) de los huesos . [2] En las aves y los mamíferos, la médula ósea es el sitio principal de producción de nuevas células sanguíneas (o hematopoyesis ). [3] Está compuesta de células hematopoyéticas , tejido adiposo medular y células estromales de sostén . En los humanos adultos, la médula ósea se encuentra principalmente en las costillas , las vértebras , el esternón y los huesos de la pelvis . [4] La médula ósea comprende aproximadamente el 5% de la masa corporal total en humanos adultos sanos, de modo que un hombre que pesa 73 kg (161 lbs) tendrá alrededor de 3,7 kg (8 lbs) de médula ósea. [5]
La médula ósea humana produce aproximadamente 500 mil millones de células sanguíneas por día, que se unen a la circulación sistémica a través de sinusoides vasculares permeables dentro de la cavidad medular . [6] Todos los tipos de células hematopoyéticas, incluidos los linajes mieloides y linfoides , se crean en la médula ósea; sin embargo, las células linfoides deben migrar a otros órganos linfoides (por ejemplo, el timo ) para completar la maduración.
Los trasplantes de médula ósea se pueden realizar para tratar enfermedades graves de la médula ósea, incluidas ciertas formas de cáncer como la leucemia . Varios tipos de células madre están relacionadas con la médula ósea. Las células madre hematopoyéticas en la médula ósea pueden dar lugar a células de linaje hematopoyético, y las células madre mesenquimales , que se pueden aislar del cultivo primario del estroma de la médula ósea, pueden dar lugar a tejido óseo, adiposo y cartilaginoso . [7]
La composición de la médula ósea es dinámica, ya que la mezcla de componentes celulares y no celulares (tejido conectivo) cambia con la edad y en respuesta a factores sistémicos. En los humanos, la médula se caracteriza coloquialmente como médula "roja" o "amarilla" ( latín : medulla ossium rubra , latín : medulla ossium flava , respectivamente) dependiendo de la prevalencia de células hematopoyéticas frente a células grasas . Si bien no se comprenden los mecanismos precisos que subyacen a la regulación de la médula, [6] los cambios de composición ocurren de acuerdo con patrones estereotípicos. [8] Por ejemplo, los huesos de un recién nacido contienen exclusivamente médula "roja" hematopoyéticamente activa, y hay una conversión progresiva hacia médula "amarilla" con la edad. En los adultos, la médula roja se encuentra principalmente en el esqueleto central , como la pelvis , el esternón , el cráneo , las costillas , las vértebras y las escápulas , y se encuentra de forma variable en los extremos epifisarios proximales de los huesos largos, como el fémur y el húmero . En circunstancias de hipoxia crónica, el cuerpo puede convertir la médula amarilla nuevamente en médula roja para aumentar la producción de células sanguíneas. [9]
A nivel celular, el principal componente funcional de la médula ósea incluye las células progenitoras, destinadas a madurar y convertirse en células sanguíneas y linfoides. La médula ósea humana produce aproximadamente 500 mil millones de células sanguíneas por día. [10] La médula contiene células madre hematopoyéticas que dan lugar a las tres clases de células sanguíneas que se encuentran en la circulación: glóbulos blancos (leucocitos), glóbulos rojos (eritrocitos) y plaquetas (trombocitos). [11]
El estroma de la médula ósea incluye todos los tejidos que no participan directamente en la función principal de la médula, la hematopoyesis . [6] Las células del estroma pueden participar indirectamente en la hematopoyesis, proporcionando un microambiente que influye en la función y la diferenciación de las células hematopoyéticas. Por ejemplo, generan factores estimulantes de colonias , que tienen un efecto significativo en la hematopoyesis. Los tipos de células que constituyen el estroma de la médula ósea incluyen:
En 2003 se describió por primera vez que la médula ósea es un sitio de preparación para las respuestas de las células T a los antígenos transmitidos por la sangre. [13] Las células T maduras circulantes vírgenes se dirigen a los senos de la médula ósea después de haber pasado por las arterias y las arteriolas. [14] Transmigran el endotelio sinusal y entran en el parénquima que contiene células dendríticas (CD). Estas tienen la capacidad de captar, procesar y presentar antígenos. [13] Las interacciones cognadas entre las células T específicas de antígeno y las CD presentadoras de antígeno (CPA) en el parénquima conducen a la rápida formación de grupos de CPA-T seguida de la activación de las células T, la proliferación de las células T y la recirculación de las células T a la sangre. [13] Estos hallazgos se corroboraron y ampliaron en 2013 mediante imágenes dinámicas de dos fotones in situ de cráneos de ratones. [15]
La médula ósea es un nido para las células T de memoria migratorias [16] y un santuario para las células plasmáticas. [17] Esto tiene implicaciones para la inmunidad adaptativa y la vacunología. [17] Las células B y T de memoria persisten en el parénquima en nichos de supervivencia dedicados organizados por células del estroma. [18] Esta memoria se puede mantener durante largos períodos de tiempo en forma de células quiescentes [18] o por reestimulación antigénica repetida. [19] La médula ósea protege y optimiza la memoria inmunológica durante la restricción dietética. [20] En pacientes con cáncer, las células T de memoria reactivas al cáncer pueden surgir en la médula ósea de forma espontánea o después de una vacunación específica. [21] La médula ósea es el centro de una variedad de actividades inmunes: i) hematopoyesis, ii) osteogénesis, iii) respuestas inmunes, iv) distinción entre antígenos propios y ajenos, v) función reguladora inmune central, vi) almacenamiento de células de memoria, vii) vigilancia inmune del sistema nervioso central, viii) adaptación a la crisis energética, ix) provisión de células madre mesenquimales para la reparación de tejidos. [22]
El estroma de la médula ósea contiene células madre mesenquimales (MSC), [11] que también se conocen como células del estroma medular. Se trata de células madre multipotentes que pueden diferenciarse en una variedad de tipos de células. Se ha demostrado que las MSC se diferencian, in vitro o in vivo , en osteoblastos , condrocitos , miocitos , adipocitos medulares y células de los islotes beta-pancreáticos . [ cita requerida ]
Los vasos sanguíneos de la médula ósea constituyen una barrera que impide que las células sanguíneas inmaduras abandonen la médula. Sólo las células sanguíneas maduras contienen las proteínas de membrana , como la acuaporina y la glicoforina , que son necesarias para adherirse al endotelio de los vasos sanguíneos y atravesarlo . [23] Las células madre hematopoyéticas también pueden atravesar la barrera de la médula ósea y, por lo tanto, pueden extraerse de la sangre. [ cita requerida ]
La médula ósea roja es un elemento clave del sistema linfático , siendo uno de los órganos linfoides primarios que generan linfocitos a partir de células progenitoras hematopoyéticas inmaduras . [24] La médula ósea y el timo constituyen los tejidos linfoides primarios involucrados en la producción y selección temprana de linfocitos. Además, la médula ósea realiza una función similar a la de una válvula para evitar el reflujo del líquido linfático en el sistema linfático. [ cita requerida ]
La compartimentación biológica es evidente en la médula ósea, ya que ciertos tipos de células tienden a agruparse en áreas específicas. Por ejemplo, los eritrocitos , los macrófagos y sus precursores tienden a agruparse alrededor de los vasos sanguíneos , mientras que los granulocitos se agrupan en los bordes de la médula ósea. [11]
La gente ha utilizado médula ósea animal en la cocina de todo el mundo durante milenios, como en el famoso Ossobuco milanés . [25]
La arquitectura normal de la médula ósea puede verse dañada o desplazada por la anemia aplásica , neoplasias malignas como el mieloma múltiple o infecciones como la tuberculosis , lo que lleva a una disminución en la producción de células sanguíneas y plaquetas. La médula ósea también puede verse afectada por diversas formas de leucemia , que ataca a sus células progenitoras hematológicas. [26] Además, la exposición a la radiación o la quimioterapia matará muchas de las células de la médula ósea que se dividen rápidamente y, por lo tanto, dará lugar a un sistema inmunológico deprimido . Muchos de los síntomas de intoxicación por radiación se deben al daño sufrido por las células de la médula ósea. [ cita requerida ]
Para diagnosticar enfermedades que afectan a la médula ósea, a veces se realiza una aspiración de médula ósea . Esto generalmente implica el uso de una aguja hueca para obtener una muestra de médula ósea roja de la cresta del íleon bajo anestesia general o local . [27]
Las células madre derivadas de la médula ósea tienen una amplia gama de aplicaciones en la medicina regenerativa. [28]
Las imágenes médicas pueden proporcionar una cantidad limitada de información sobre la médula ósea. Las radiografías simples pasan a través de los tejidos blandos como la médula y no proporcionan visualización, aunque se pueden detectar cambios en la estructura del hueso asociado. [29] Las imágenes por TC tienen una capacidad algo mejor para evaluar la cavidad medular de los huesos, aunque con baja sensibilidad y especificidad. Por ejemplo, la médula ósea "amarilla" grasa normal en los huesos largos de los adultos tiene una densidad baja (-30 a -100 unidades Hounsfield), entre la grasa subcutánea y el tejido blando. El tejido con una composición celular aumentada, como la médula "roja" normal o las células cancerosas dentro de la cavidad medular, medirán una densidad variablemente más alta. [30]
La resonancia magnética es más sensible y específica para evaluar la composición ósea. La resonancia magnética permite evaluar la composición molecular promedio de los tejidos blandos y, por lo tanto, proporciona información sobre el contenido relativo de grasa de la médula ósea. En los humanos adultos, la médula grasa "amarilla" es el tejido dominante en los huesos, particularmente en el esqueleto apendicular (periférico) . Debido a que las moléculas de grasa tienen una alta relajación T1 , las secuencias de imágenes ponderadas en T1 muestran la médula grasa "amarilla" como brillante (hiperintensa). Además, la médula grasa normal pierde señal en las secuencias de saturación de grasa, en un patrón similar a la grasa subcutánea. [ cita requerida ]
Cuando la médula ósea grasa "amarilla" es reemplazada por tejido con una composición más celular, este cambio se hace evidente como una disminución del brillo en las secuencias ponderadas en T1. Tanto la médula ósea "roja" normal como las lesiones patológicas de la médula ósea (como el cáncer) son más oscuras que la médula "amarilla" en las secuencias ponderadas en T1, aunque a menudo se pueden distinguir por comparación con la intensidad de la señal de RM de los tejidos blandos adyacentes. La médula ósea "roja" normal es típicamente equivalente o más brillante que el músculo esquelético o el disco intervertebral en las secuencias ponderadas en T1. [8] [31]
El cambio de la médula ósea grasa, lo inverso de la hiperplasia de la médula roja , puede ocurrir con el envejecimiento normal, [32] aunque también se puede ver con ciertos tratamientos como la radioterapia . La hipointensidad difusa de la médula ósea en T1 sin realce de contraste o discontinuidad cortical sugiere conversión de la médula ósea roja o mielofibrosis . La médula ósea falsamente normal en T1 se puede ver con mieloma múltiple difuso o infiltración leucémica cuando la relación agua-grasa no está suficientemente alterada, como se puede ver con tumores de grado inferior o en etapas más tempranas del proceso de la enfermedad. [33]
El examen de médula ósea es el análisis patológico de muestras de médula ósea obtenidas mediante biopsia y aspiración de médula ósea. El examen de médula ósea se utiliza en el diagnóstico de una serie de enfermedades, entre ellas la leucemia, el mieloma múltiple, la anemia y la pancitopenia . La médula ósea produce los elementos celulares de la sangre, entre ellos las plaquetas , los glóbulos rojos y los glóbulos blancos . Aunque se puede obtener mucha información analizando la propia sangre (extraída de una vena mediante flebotomía ), a veces es necesario examinar la fuente de las células sanguíneas en la médula ósea para obtener más información sobre la hematopoyesis; ésta es la función de la aspiración y la biopsia de médula ósea. [ cita requerida ]
La relación entre las células de la serie mieloide y las células eritroides es relevante para la función de la médula ósea y también para las enfermedades de la médula ósea y de la sangre periférica , como la leucemia y la anemia. La relación normal entre las células mieloides y las eritroides es de alrededor de 3:1; esta relación puede aumentar en las leucemias mielógenas , disminuir en las policitemias y revertirse en los casos de talasemia . [34]
En un trasplante de médula ósea , las células madre hematopoyéticas se extraen de una persona y se infunden en otra persona ( alogénico ) o en la misma persona en un momento posterior ( autólogo ). Si el donante y el receptor son compatibles, estas células infundidas viajarán entonces a la médula ósea e iniciarán la producción de células sanguíneas. El trasplante de una persona a otra se realiza para el tratamiento de enfermedades graves de la médula ósea, como defectos congénitos, enfermedades autoinmunes o neoplasias malignas. Primero se elimina la propia médula del paciente con medicamentos o radiación , y luego se introducen las nuevas células madre. Antes de la radioterapia o la quimioterapia en casos de cáncer , a veces se recolectan algunas de las células madre hematopoyéticas del paciente y luego se infunden nuevamente cuando finaliza la terapia para restaurar el sistema inmunológico. [35]
Las células madre de la médula ósea pueden ser inducidas a convertirse en células neuronales para tratar enfermedades neurológicas, [36] y también pueden ser utilizadas potencialmente para el tratamiento de otras enfermedades, como la enfermedad inflamatoria intestinal . [37] En 2013, después de un ensayo clínico, los científicos propusieron que el trasplante de médula ósea podría usarse para tratar el VIH junto con medicamentos antirretrovirales ; [38] [39] sin embargo, más tarde se descubrió que el VIH permanecía en los cuerpos de los sujetos de prueba. [40]
Las células madre se suelen extraer directamente de la médula ósea roja de la cresta ilíaca , a menudo bajo anestesia general . El procedimiento es mínimamente invasivo y no requiere puntos de sutura posteriores. Según la salud del donante y su reacción al procedimiento, la extracción propiamente dicha puede ser un procedimiento ambulatorio o puede requerir de 1 a 2 días de recuperación en el hospital. [41]
Otra opción es administrar ciertos medicamentos que estimulan la liberación de células madre de la médula ósea a la sangre circulante. [42] Se inserta un catéter intravenoso en el brazo del donante y luego se filtran las células madre de la sangre. Este procedimiento es similar al que se utiliza en la donación de sangre o plaquetas. En los adultos, la médula ósea también se puede extraer del esternón , mientras que la tibia se utiliza a menudo cuando se toman muestras de bebés. [27] En los recién nacidos, las células madre se pueden recuperar del cordón umbilical . [43]
Mediante la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qPCR) y la secuenciación de nueva generación (NGS), se han identificado un máximo de cinco virus de ADN por individuo, entre los que se incluyen varios herpesvirus, el virus de la hepatitis B, el poliomavirus de células de Merkel y el virus del papiloma humano 31. Dado el potencial reactivador y/o oncogénico de estos virus, su repercusión en trastornos hematopoyéticos y malignos requiere más estudios. [44]
La evidencia fosilizada más antigua de médula ósea fue descubierta en 2014 en Eusthenopteron , un pez de aletas lobuladas que vivió durante el período Devónico hace aproximadamente 370 millones de años. [45] Científicos de la Universidad de Uppsala y la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón utilizaron microtomografía de sincrotrón de rayos X para estudiar el interior fosilizado del húmero del esqueleto , encontrando estructuras tubulares organizadas similares a la médula ósea de los vertebrados modernos. [45] Eusthenopteron está estrechamente relacionado con los primeros tetrápodos , que finalmente evolucionaron hasta convertirse en los mamíferos y lagartos terrestres de la actualidad. [45]
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