La fusión celular es un proceso celular importante en el que varias células uninucleadas (células con un solo núcleo ) se combinan para formar una célula multinucleada , conocida como sincitio . La fusión celular ocurre durante la diferenciación de mioblastos , osteoclastos y trofoblastos , durante la embriogénesis y la morfogénesis . [1] La fusión celular es un evento necesario en la maduración de las células para que mantengan sus funciones específicas durante todo el crecimiento .
En 1847, Theodore Schwann amplió la teoría de que todos los organismos vivos están compuestos de células cuando añadió que las células discretas son la base de la vida. Schwann observó que en determinadas células las paredes y cavidades de las células se fusionan. Esta observación proporcionó el primer indicio de que las células se fusionan. No fue hasta 1960 que los biólogos celulares fusionaron células deliberadamente por primera vez. Para fusionar las células, los biólogos combinaron células de ratón aisladas e indujeron la fusión de su membrana externa utilizando el virus Sendai (un virus respiratorio en ratones). Cada una de las células híbridas fusionadas contenía un único núcleo con cromosomas de ambos socios de fusión. Synkaryon se convirtió en el nombre de este tipo de célula combinada con un núcleo. A finales de la década de 1960, los biólogos fusionaron con éxito células de distintos tipos y de distintas especies. Los productos híbridos de estas fusiones, heterokaryon , eran híbridos que mantenían dos o más núcleos separados. Este trabajo fue dirigido por Henry Harris de la Universidad de Oxford y Nils Ringertz del Instituto Karolinska de Suecia. Estos dos hombres son los encargados de reavivar el interés por la fusión celular. Las células híbridas interesaron a los biólogos en el área de cómo los diferentes tipos de citoplasma afectan a los diferentes tipos de núcleos . El trabajo realizado por Henry y Nils demostró que las proteínas de la fusión de un gen afectan la expresión genética en el núcleo del otro socio y viceversa. Estas células híbridas que se crearon fueron consideradas excepciones obligadas a la integridad celular normal y no fue hasta 2002 que la posibilidad de fusión celular entre células de diferentes tipos pudo tener una función real en los mamíferos. [2]
La fusión de células homotípicas se produce entre células del mismo tipo. Un ejemplo de esto serían los osteoclastos o miofibras fusionándose con su respectivo tipo de células. Cuando los dos núcleos se fusionan se produce un sincarión. La fusión celular normalmente ocurre con la fusión nuclear, sin embargo, en ausencia de fusión nuclear, la célula se describiría como un heterocarión binucleado . Un heterocarión es la fusión de dos o más células en una y puede reproducirse durante varias generaciones. [3] Si dos células del mismo tipo se fusionan pero sus núcleos no se fusionan, entonces la célula resultante se llama sincitio. [4]
La fusión de células heterotípicas se produce entre células de diferentes tipos. El resultado de esta fusión es también un sincarión producido por la fusión de los núcleos , y un heterocarión binucleado en ausencia de fusión nuclear. Un ejemplo de esto sería la fusión de células derivadas de la médula ósea (BMDC) con órganos parenquimatosos . [5]
Hay cuatro métodos que utilizan los biólogos celulares y los biofísicos para fusionar células. Estas cuatro formas incluyen la fusión celular eléctrica, la fusión celular con polietilenglicol y la fusión celular inducida por el virus Sendai y un método recientemente desarrollado denominado termoplasmónico controlado ópticamente.
La fusión de células eléctricas es un paso esencial en algunos de los métodos más innovadores de la biología moderna. Este método comienza cuando dos células se ponen en contacto mediante dielectroforesis . La dielectroforesis utiliza una corriente alterna de alta frecuencia, a diferencia de la electroforesis en la que se aplica una corriente continua. Una vez que las celdas se juntan, se aplica un voltaje pulsado. El voltaje del pulso hace que la membrana celular penetre y la posterior combinación de las membranas y las células se fusionen. Después de esto, se aplica un voltaje alternativo durante un breve período de tiempo para estabilizar el proceso. El resultado de esto es que el citoplasma se ha mezclado y la membrana celular se ha fusionado por completo. Lo único que permanece separado son los núcleos , que se fusionarán más adelante dentro de la célula, dando como resultado una célula heterocarionte . [6]
La fusión celular con polietilenglicol es la forma más simple, pero más tóxica, de fusionar células. En este tipo de fusión celular el polietilenglicol, PEG, actúa como agente deshidratante y fusiona no sólo las membranas plasmáticas sino también las membranas intracelulares . Esto conduce a la fusión celular, ya que el PEG induce la aglutinación celular y el contacto entre células. Aunque este tipo de fusión celular es el más utilizado, todavía tiene desventajas. A menudo, el PEG puede provocar la fusión incontrolable de múltiples células, lo que lleva a la aparición de policariones gigantes. Además, la fusión de células PEG estándar es poco reproducible y los diferentes tipos de células tienen diversas susceptibilidades a la fusión. Este tipo de fusión celular se utiliza ampliamente para la producción de híbridos de células somáticas y para la transferencia nuclear en la clonación de mamíferos. [7]
La fusión celular inducida por el virus Sendai se produce en cuatro etapas de temperatura diferentes. Durante la primera etapa, que no dura más de 10 minutos, tiene lugar la adsorción viral y el virus adsorbido puede ser inhibido por anticuerpos virales . La segunda etapa, que dura 20 minutos, depende del pH y la adición de antisuero viral aún puede inhibir la fusión final. En la tercera etapa, refractaria a los anticuerpos, los componentes de la envoltura viral siguen siendo detectables en la superficie de las células. Durante la cuarta etapa, la fusión celular se hace evidente y la neuraminidasa HA y el factor de fusión comienzan a desaparecer. La primera y la segunda etapa son las únicas dos que dependen del pH. [8]
Fusión celular inducida por termoplasmónica La termoplasmónica se basa en un láser de infrarrojo cercano (NIR) y una nanopartícula plasmónica. El láser, que normalmente actúa como una trampa óptica, se utiliza para calentar la partícula plasmónica nanoscópica a temperaturas muy altas y extremadamente elevadas localmente. La captura óptica de dicho nanocalentador en la interfaz entre dos vesículas de membrana, o dos células, conduce a la fusión inmediata de las dos, verificada tanto por el contenido como por la mezcla de lípidos. Las ventajas incluyen total flexibilidad en cuanto a qué celdas fusionar y la fusión se puede realizar en cualquier condición de amortiguación, a diferencia de la electroformación que se ve afectada por la sal.
Se necesitan formas alternativas para restaurar la función de los órganos y reemplazar las células dañadas, ya que los órganos y tejidos de donantes para trasplantes son tan escasos. Debido a la escasez, los biólogos han comenzado a considerar el potencial de la fusión celular terapéutica . Los biólogos han estado discutiendo las implicaciones de la observación de que la fusión celular puede ocurrir con efectos restauradores después de un daño tisular o un trasplante de células . Aunque se habla y se trabaja sobre el uso de la fusión celular para esto, todavía hay muchos desafíos que enfrentan quienes desean implementar la fusión celular como una herramienta terapéutica. Estos desafíos incluyen elegir las mejores células para usar en la fusión reparadora, determinar la mejor manera de introducir las células elegidas en el tejido deseado, descubrir métodos para aumentar la incidencia de la fusión celular y garantizar que los productos de fusión resultantes funcionen correctamente. Si se pueden superar estos desafíos, entonces la fusión celular puede tener potencial terapéutico. [9]
En las plantas, la fusión celular ocurre con mucha menos frecuencia en comparación con las células eucariotas, aunque ocurre en algunas situaciones. Las células vegetales han desarrollado métodos únicos para fusionar células, en gran parte debido a la pared celular que rodea a las células vegetales. La pared celular de una célula vegetal se alterará antes de la fusión, normalmente volviéndose más delgada o incluso formando un puente entre las células que están a punto de fusionarse. La fusión de gametos también puede ocurrir en las plantas. [10]
La fusión celular se ha convertido en un área de interés para la investigación sobre la progresión del cáncer en humanos. Cuando se fusionan varios tipos de células diferenciadas, la célula resultante podría ser potencialmente poliploide. Las células poliploides pueden ser inestables debido a sus diferentes combinaciones genéticas, lo que a menudo puede provocar que la célula enferme. Las células poliploides también pueden dar lugar a una endorreplicación no programada, un proceso en el que el ADN se replica dentro de la célula sin que ésta se divida, lo que se ha relacionado con el desarrollo de cáncer debido al aumento de la inestabilidad genética dentro de la célula. La metástasis, la propagación de células cancerosas a diferentes áreas del cuerpo y una de las principales causas de muerte relacionada con el cáncer, es un proceso relacionado con la fusión celular. Las células derivadas de la médula ósea se fusionan con células tumorales malignas, creando células que tienen rasgos de cada célula madre. Estas células cancerosas fusionadas tienen capacidades de migración heredadas de las células derivadas de la médula ósea (BMDC) que les permiten viajar por todo el cuerpo. [11]
La plasmogamia es la etapa del ciclo sexual de los hongos en la que dos células se fusionan para compartir un citoplasma común y al mismo tiempo reúnen núcleos haploides de ambos socios en la misma célula.
La fusión celular (plasmogamia o singamia) es una etapa del ciclo sexual de los amoebozoos . [12]
En Escherichia coli, la cigogénesis espontánea (acoplamiento Z) implica la fusión celular y parece ser una forma de verdadera sexualidad en los procariotas . Las bacterias que realizan el apareamiento Z se denominan Szp + . [13]