Células madre embrionarias humanas en cultivo celularPluripotente: Las células madre embrionarias son capaces de convertirse en cualquier tipo de célula, excepto las de la placenta. Sólo las células madre embrionarias de la mórula son totipotentes : capaces de convertirse en cualquier tipo de célula, incluidas las de la placenta.
Actualmente, los investigadores se centran principalmente en el potencial terapéutico de las células madre embrionarias, siendo el objetivo de muchos laboratorios el uso clínico. [2] Los usos potenciales incluyen el tratamiento de la diabetes y las enfermedades cardíacas . [2] Las células se están estudiando para su uso como terapias clínicas, modelos de trastornos genéticos y reparación celular/ADN. Sin embargo, también se han informado efectos adversos en la investigación y los procesos clínicos, como tumores y respuestas inmunes no deseadas. [5]
Propiedades
Celda IPSEl transcriptoma de las células madre embrionarias.
Las células madre embrionarias (ESC), derivadas de la etapa de blastocisto de los primeros embriones de mamíferos, se distinguen por su capacidad para diferenciarse en cualquier tipo de célula embrionaria y por su capacidad para autorrenovarse. Son estos rasgos los que los hacen valiosos en los campos científico y médico. Las CME tienen un cariotipo normal , mantienen una alta actividad de telomerasa y exhiben un notable potencial proliferativo a largo plazo . [6]
pluripotente
Las células madre embrionarias de la masa celular interna son pluripotentes , lo que significa que son capaces de diferenciarse para generar un ectodermo primitivo, que finalmente se diferencia durante la gastrulación en todos los derivados de las tres capas germinales primarias : ectodermo , endodermo y mesodermo . Estas capas germinales generan cada uno de los más de 220 tipos de células del cuerpo humano adulto. Cuando se les proporcionan las señales adecuadas, las ESC forman inicialmente células precursoras que posteriormente se diferencian en los tipos de células deseados. La pluripotencia distingue las células madre embrionarias de las células madre adultas , que son multipotentes y sólo pueden producir un número limitado de tipos de células.
Autorenovación y reparación de estructura.
En condiciones definidas, las células madre embrionarias son capaces de autorrenovarse indefinidamente en un estado indiferenciado. Las condiciones de autorrenovación deben evitar que las células se agrupen y mantener un entorno que respalde un estado no especializado. [7] Normalmente, esto se realiza en el laboratorio con medios que contienen suero y factor inhibidor de la leucemia o suplementos de medios sin suero con dos fármacos inhibidores ("2i"), el inhibidor de MEK PD03259010 y el inhibidor de GSK-3 CHIR99021. [8]
Crecimiento
Las CME se dividen con mucha frecuencia debido a una fase G1 acortada en su ciclo celular . La división celular rápida permite que las células crezcan rápidamente en número, pero no en tamaño, lo cual es importante para el desarrollo temprano del embrión. En las ESC, las proteínas ciclina A y ciclina E implicadas en la transición G1/S siempre se expresan en niveles elevados. [9] Las quinasas dependientes de ciclina, como CDK2 , que promueven la progresión del ciclo celular, son hiperactivas, en parte debido a la regulación negativa de sus inhibidores. [10] Las proteínas del retinoblastoma que inhiben el factor de transcripción E2F hasta que la célula está lista para entrar en la fase S están hiperfosforiladas e inactivadas en las ESC, lo que lleva a la expresión continua de genes de proliferación. [9] Estos cambios dan como resultado ciclos acelerados de división celular. Aunque los altos niveles de expresión de proteínas proproliferativas y una fase G1 acortada se han relacionado con el mantenimiento de la pluripotencia, [11] [12] las CME cultivadas en condiciones 2i sin suero expresan proteínas activas de retinoblastoma hipofosforiladas y tienen una fase G1 alargada. . [13] A pesar de esta diferencia en el ciclo celular en comparación con las ESC cultivadas en medios que contienen suero, estas células tienen características pluripotentes similares. [14] Los factores de pluripotencia Oct4 y Nanog desempeñan un papel en la regulación transcripcional del ciclo de las células madre embrionarias. [15] [16]
Usos
Debido a su plasticidad y capacidad potencialmente ilimitada de autorrenovación, se han propuesto terapias con células madre embrionarias para la medicina regenerativa y el reemplazo de tejidos después de una lesión o enfermedad. Las células madre pluripotentes se han mostrado prometedoras en el tratamiento de diversas afecciones, incluidas, entre otras: lesiones de la médula espinal , degeneración macular relacionada con la edad , diabetes , trastornos neurodegenerativos (como la enfermedad de Parkinson ), SIDA , etc. [17] Además de Debido a su potencial en la medicina regenerativa, las células madre embrionarias proporcionan una posible fuente alternativa de tejido/órganos que sirve como posible solución al dilema de la escasez de donantes. Sin embargo, existen algunas controversias éticas en torno a esto (consulte la sección Debate ético a continuación). Aparte de estos usos, las ESC también se pueden utilizar para investigaciones sobre el desarrollo humano temprano, ciertas enfermedades genéticas y pruebas de toxicología in vitro . [6]
Utilizaciones
Según un artículo de 2002 en PNAS , "Las células madre embrionarias humanas tienen el potencial de diferenciarse en varios tipos de células y, por lo tanto, pueden ser útiles como fuente de células para trasplantes o ingeniería de tejidos". [18]
Ingeniería de tejidos
Cuerpos embrioides 24 horas después de su formación.
En la ingeniería de tejidos , se sabe que el uso de células madre es importante. Para diseñar con éxito un tejido, las células utilizadas deben poder realizar funciones biológicas específicas, como la secreción de citoquinas, moléculas de señalización, interactuar con células vecinas y producir una matriz extracelular en la organización correcta. Las células madre demuestran estas funciones biológicas específicas además de ser capaces de autorrenovarse y diferenciarse en uno o más tipos de células especializadas. Las células madre embrionarias son una de las fuentes que se están considerando para el uso de la ingeniería de tejidos. [19] El uso de células madre embrionarias humanas ha abierto muchas posibilidades nuevas para la ingeniería de tejidos; sin embargo, hay muchos obstáculos que deben superarse antes de que las células madre embrionarias humanas puedan siquiera utilizarse. Se teoriza que si las células madre embrionarias se pueden alterar para que no provoquen la respuesta inmune cuando se implantan en el paciente, entonces este sería un paso revolucionario en la ingeniería de tejidos. [20] Las células madre embrionarias no se limitan a la ingeniería de tejidos.
Terapias de reemplazo celular
La investigación se ha centrado en diferenciar las CME en una variedad de tipos de células para su eventual uso como terapias de reemplazo celular. Algunos de los tipos de células que se tienen o se están desarrollando actualmente incluyen cardiomiocitos , neuronas , hepatocitos , células de la médula ósea , células de los islotes y células endoteliales . [21] Sin embargo, la derivación de tales tipos de células a partir de ESC no está exenta de obstáculos, por lo que la investigación se ha centrado en superar estas barreras. Por ejemplo, se están realizando estudios para diferenciar las CME en cardiomiocitos específicos de tejido y erradicar sus propiedades inmaduras que los distinguen de los cardiomiocitos adultos. [22]
Potencial clínico
Los investigadores han diferenciado las CME en células productoras de dopamina con la esperanza de que estas neuronas puedan usarse en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson. [23] [24]
Se están realizando estudios con ESC para proporcionar un tratamiento alternativo para la diabetes. Por ejemplo, las CME se han diferenciado en células productoras de insulina [26] y los investigadores de la Universidad de Harvard pudieron producir grandes cantidades de células beta pancreáticas a partir de las CME. [27]
Un artículo publicado en el European Heart Journal describe un proceso traslacional de generación de células progenitoras cardíacas derivadas de células madre embrionarias humanas para su uso en ensayos clínicos de pacientes con insuficiencia cardíaca grave. [28]
descubrimiento de drogas
Además de convertirse en una alternativa importante a los trasplantes de órganos, las ESC también se están utilizando en el campo de la toxicología y como pantallas celulares para descubrir nuevas entidades químicas que pueden desarrollarse como fármacos de molécula pequeña . Los estudios han demostrado que los cardiomiocitos derivados de ESC son modelos validados in vitro para probar respuestas a fármacos y predecir perfiles de toxicidad. [21] Se ha demostrado que los cardiomiocitos derivados de ESC responden a estímulos farmacológicos y, por lo tanto, pueden usarse para evaluar la cardiotoxicidad, como las torsades de pointes . [29]
Los hepatocitos derivados de ESC también son modelos útiles que podrían usarse en las etapas preclínicas del descubrimiento de fármacos. Sin embargo, el desarrollo de hepatocitos a partir de CME ha demostrado ser un desafío y esto dificulta la capacidad de probar el metabolismo de los fármacos. Por lo tanto, la investigación se ha centrado en establecer hepatocitos derivados de ESC completamente funcionales con actividad enzimática estable de fase I y II. [30]
Modelos de trastorno genético.
Varios estudios nuevos han comenzado a abordar el concepto de modelar trastornos genéticos con células madre embrionarias. Ya sea manipulando genéticamente las células o, más recientemente, derivando líneas celulares enfermas identificadas mediante diagnóstico genético prenatal (PGD), modelar trastornos genéticos es algo que se ha logrado con células madre. Este enfoque puede resultar muy valioso en el estudio de trastornos como el síndrome de X frágil , la fibrosis quística y otras enfermedades genéticas para las que no existe un sistema modelo fiable.
Yury Verlinsky , un investigador médico ruso-estadounidense especializado en genética embrionaria y celular ( citología genética ), desarrolló métodos de prueba de diagnóstico prenatal para determinar trastornos genéticos y cromosómicos un mes y medio antes que la amniocentesis estándar . Actualmente, muchas mujeres embarazadas y futuros padres utilizan estas técnicas, especialmente parejas que tienen antecedentes de anomalías genéticas o en las que la mujer tiene más de 35 años (cuando el riesgo de sufrir trastornos genéticamente relacionados es mayor). Además, al permitir a los padres seleccionar un embrión sin trastornos genéticos, tienen el potencial de salvar las vidas de hermanos que ya tenían trastornos y enfermedades similares utilizando células de la descendencia libre de enfermedades. [31]
Reparación de daños en el ADN.
Las células somáticas diferenciadas y las células ES utilizan diferentes estrategias para abordar el daño del ADN. Por ejemplo, los fibroblastos del prepucio humano, un tipo de célula somática, utilizan la unión de extremos no homólogos (NHEJ) , un proceso de reparación del ADN propenso a errores, como vía principal para reparar las roturas de doble hebra (DSB) durante todas las etapas del ciclo celular. [32] Debido a su naturaleza propensa a errores, NHEJ tiende a producir mutaciones en los descendientes clonales de una célula.
Las células ES utilizan una estrategia diferente para lidiar con los DSB. [33] Debido a que las células ES dan lugar a todos los tipos de células de un organismo, incluidas las células de la línea germinal, las mutaciones que surgen en las células ES debido a una reparación defectuosa del ADN son un problema más grave que en las células somáticas diferenciadas. En consecuencia, se necesitan mecanismos sólidos en las células ES para reparar los daños en el ADN con precisión y, si la reparación falla, eliminar aquellas células con daños en el ADN no reparados. Por lo tanto, las células ES de ratón utilizan predominantemente reparación recombinacional homóloga (HRR) de alta fidelidad para reparar DSB. [33] Este tipo de reparación depende de la interacción de los dos cromosomas hermanos [ verificación necesaria ] formados durante la fase S y presentes juntos durante la fase G2 del ciclo celular. HRR puede reparar con precisión los DSB en un cromosoma hermano utilizando información intacta del otro cromosoma hermano. Las células en la fase G1 del ciclo celular (es decir, después de la metafase/división celular pero antes de la siguiente ronda de replicación) tienen sólo una copia de cada cromosoma (es decir, los cromosomas hermanos no están presentes). Las células ES de ratón carecen de un punto de control G1 y no sufren una detención del ciclo celular al adquirir daño en el ADN. [34] Más bien, sufren muerte celular programada (apoptosis) en respuesta al daño del ADN. [35] La apoptosis se puede utilizar como una estrategia a prueba de fallos para eliminar células con daños en el ADN no reparados a fin de evitar la mutación y la progresión al cáncer. [36] De acuerdo con esta estrategia, las células madre ES de ratón tienen una frecuencia de mutación aproximadamente 100 veces menor que la de las células somáticas isogénicas de ratón. [37]
Ensayo clínico
El 23 de enero de 2009, los ensayos clínicos de Fase I para el trasplante de oligodendrocitos (un tipo de célula del cerebro y la médula espinal) derivados de CME humanas en individuos con lesión de la médula espinal recibieron la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. (FDA), lo que los marcó como el primer ensayo humano ESC en humanos del mundo. [38] El estudio que condujo a este avance científico fue realizado por Hans Keirstead y colegas de la Universidad de California, Irvine , y apoyado por Geron Corporation de Menlo Park, CA , fundada por Michael D. West , PhD. Un experimento anterior había demostrado una mejora en la recuperación locomotora en ratas con lesión de la médula espinal después de un trasplante retrasado de 7 días de CME humanas que habían sido empujadas a un linaje oligodendrocítico. [39] El estudio clínico de fase I fue diseñado para inscribir entre ocho y diez parapléjicos que hayan sufrido sus lesiones no más de dos semanas antes de que comience el ensayo, ya que las células deben inyectarse antes de que se pueda formar tejido cicatricial. Los investigadores enfatizaron que no se esperaba que las inyecciones curaran completamente a los pacientes y restauraran toda la movilidad. Basándose en los resultados de los ensayos con roedores, los investigadores especularon que podría producirse una restauración de las vainas de mielina y un aumento de la movilidad. Este primer ensayo se diseñó principalmente para probar la seguridad de estos procedimientos y, si todo iba bien, se esperaba que condujera a estudios futuros que involucraran a personas con discapacidades más graves. [40] El ensayo se suspendió en agosto de 2009 debido a preocupaciones de la FDA con respecto a una pequeña cantidad de quistes microscópicos encontrados en varios modelos de ratas tratadas, pero la suspensión se levantó el 30 de julio de 2010. [41]
En octubre de 2010, los investigadores inscribieron y administraron ESC al primer paciente en el Shepherd Center de Atlanta . [42] Los creadores de la terapia con células madre, Geron Corporation , estimaron que se necesitarían varios meses para que las células madre se repliquen y para que la terapia GRNOPC1 sea evaluada para determinar su éxito o fracaso.
En noviembre de 2011, Geron anunció que detendría el ensayo y abandonaría la investigación con células madre por razones financieras, pero que continuaría monitoreando a los pacientes existentes y que estaba intentando encontrar un socio que pudiera continuar su investigación. [43] En 2013, BioTime , liderado por el Dr. Michael D. West , director ejecutivo , adquirió todos los activos de células madre de Geron, con la intención declarada de reiniciar el ensayo clínico basado en células madre embrionarias de Geron para la investigación de lesiones de la médula espinal . [44]
La empresa de BioTime, Asterias Biotherapeutics (NYSE MKT: AST), recibió un premio de asociación estratégica de 14,3 millones de dólares del Instituto de Medicina Regenerativa de California (CIRM) para reiniciar el primer ensayo clínico del mundo basado en células madre embrionarias en humanos para lesiones de la médula espinal. Con el respaldo de fondos públicos de California, CIRM es el mayor financiador de investigación y desarrollo relacionados con células madre en el mundo. [45]
El premio proporciona financiación para que Asterias reinicie el desarrollo clínico de AST-OPC1 en sujetos con lesión de la médula espinal y amplíe las pruebas clínicas de dosis crecientes en la población objetivo destinada a futuros ensayos fundamentales. [45]
AST-OPC1 es una población de células derivadas de células madre embrionarias humanas (hESC) que contiene células progenitoras de oligodendrocitos (OPC). Las OPC y sus derivados maduros llamados oligodendrocitos brindan un soporte funcional crítico para las células nerviosas de la médula espinal y el cerebro. Asterias presentó recientemente los resultados del ensayo clínico de fase 1 de una dosis baja de AST-OPC1 en pacientes con lesión neurológica completa de la médula espinal torácica. Los resultados mostraron que AST-OPC1 se entregó con éxito al sitio lesionado de la médula espinal. Los pacientes seguidos 2 a 3 años después de la administración de AST-OPC1 no mostraron evidencia de eventos adversos graves asociados con las células en evaluaciones de seguimiento detalladas que incluyeron exámenes neurológicos frecuentes y resonancias magnéticas. El monitoreo inmunológico de los sujetos durante un año después del trasplante no mostró evidencia de respuestas inmunes celulares o basadas en anticuerpos a AST-OPC1. En cuatro de los cinco sujetos, las resonancias magnéticas en serie realizadas durante el período de seguimiento de 2 a 3 años indican que puede haber ocurrido una reducción de la cavitación de la médula espinal y que AST-OPC1 puede haber tenido algunos efectos positivos en la reducción del deterioro del tejido de la médula espinal. No hubo ninguna degeneración neurológica inesperada o mejoría en los cinco sujetos del ensayo según lo evaluado por el examen de Estándares Internacionales para la Clasificación Neurológica de Lesiones de la Médula Espinal (ISNCSCI). [45]
La subvención de Asociación Estratégica III de CIRM proporcionará fondos a Asterias para respaldar el próximo ensayo clínico de AST-OPC1 en sujetos con lesión de la médula espinal, y para los esfuerzos de desarrollo de productos de Asterias para refinar y escalar los métodos de fabricación para respaldar ensayos en etapas posteriores y eventualmente comercialización. La financiación de CIRM estará condicionada a la aprobación de la FDA para el ensayo, la finalización de un acuerdo definitivo entre Asterias y CIRM y el progreso continuo de Asterias hacia el logro de ciertos hitos predefinidos del proyecto. [45]
Preocupación y controversia
Efectos adversos
La principal preocupación con el posible trasplante de CME a pacientes como terapias es su capacidad para formar tumores, incluidos teratomas. [46] Los problemas de seguridad llevaron a la FDA a suspender el primer ensayo clínico de ESC, sin embargo, no se observaron tumores.
La principal estrategia para mejorar la seguridad de las CME para un posible uso clínico es diferenciarlas en tipos de células específicas (p. ej., neuronas, músculos, células hepáticas) que tienen una capacidad reducida o eliminada de causar tumores. Después de la diferenciación, las células se someten a clasificación mediante citometría de flujo para su posterior purificación. Se predice que las ESC son inherentemente más seguras que las células iPS creadas con vectores virales que se integran genéticamente porque no están modificadas genéticamente con genes como c-Myc que están relacionados con el cáncer. No obstante, las ESC expresan niveles muy altos de genes inductores de iPS y estos genes, incluido Myc, son esenciales para la autorrenovación y la pluripotencia de las ESC, [47] y es poco probable que las estrategias potenciales para mejorar la seguridad mediante la eliminación de la expresión de c-Myc preserven las células. firmeza". Sin embargo, se ha identificado que N-myc y L-myc inducen células iPS en lugar de c-myc con una eficiencia similar. [48] Los protocolos posteriores para inducir la pluripotencia evitan estos problemas por completo mediante el uso de vectores virales de ARN no integradores, como el virus sendai o la transfección de ARNm .
Debate ético
Debido a la naturaleza de la investigación con células madre embrionarias, existen muchas opiniones controvertidas sobre el tema. Dado que la recolección de células madre embrionarias suele requerir la destrucción del embrión del que se obtienen esas células, el estatus moral del embrión se pone en duda. Algunas personas afirman que la masa de células de cinco días es demasiado joven para alcanzar la condición de persona o que el embrión, si se dona en una clínica de FIV (donde los laboratorios suelen adquirir embriones), de todos modos se convertiría en desecho médico. Quienes se oponen a la investigación ESC afirman que un embrión es una vida humana, por lo que destruirlo es un asesinato y que el embrión debe ser protegido bajo la misma visión ética que un ser humano más desarrollado. [49]
Historia
1964: Lewis Kleinsmith y G. Barry Pierce Jr. aislaron un único tipo de célula de un teratocarcinoma , un tumor que ahora se conoce a partir de una célula germinal . [50] Estas células se aislaron del teratocarcinoma replicado y crecieron en cultivo celular como una célula madre y ahora se conocen como células de carcinoma embrionario (CE). [ cita necesaria ] Aunque las similitudes en morfología y potencial de diferenciación ( pluripotencia ) llevaron al uso de células EC como modelo in vitro para el desarrollo temprano del ratón, [51] las células EC albergan mutaciones genéticas y, a menudo, cariotipos anormales que se acumularon durante el desarrollo del teratocarcinoma. Estas aberraciones genéticas enfatizaron aún más la necesidad de poder cultivar células pluripotentes directamente a partir de la masa celular interna .
Martin Evans reveló una nueva técnica para cultivar embriones de ratón en el útero para permitir la derivación de células ES a partir de estos embriones.
1981: Dos grupos obtuvieron por primera vez de forma independiente células madre embrionarias (células ES) a partir de embriones de ratón. Martin Evans y Matthew Kaufman del Departamento de Genética de la Universidad de Cambridge publicaron por primera vez en julio, revelando una nueva técnica para cultivar embriones de ratón en el útero para permitir un aumento en el número de células, lo que permite la derivación de células ES a partir de estos embriones. . [52] Gail R. Martin , del Departamento de Anatomía de la Universidad de California, San Francisco , publicó su artículo en diciembre y acuñó el término "célula madre embrionaria". [53] Ella demostró que los embriones podían cultivarse in vitro y que las células madre embrionarias podían derivarse de estos embriones.
1989: Mario R. Cappechi, Martin J. Evans y Oliver Smithies publican su investigación que detalla su aislamiento y modificaciones genéticas de células madre embrionarias, creando los primeros " ratones knockout ". [54] Al crear ratones knockout, esta publicación proporcionó a los científicos una forma completamente nueva de estudiar las enfermedades.
Dolly la diferenciación celular de oveja.1996: Dolly , fue el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta por el Instituto Roslin de la Universidad de Edimburgo . [55] Este experimento instituyó la propuesta de que las células adultas especializadas obtienen la composición genética para realizar una tarea específica; que sentó las bases para futuras investigaciones dentro de una variedad de técnicas de clonación. El experimento de Dolly se realizó obteniendo células de ubre de mamífero de una oveja (Dolly) y diferenciando estas células hasta que concluyó la división. Luego se obtuvo un óvulo de otra oveja huésped y se extrajo el núcleo. Se colocó una célula de la ubre al lado del óvulo y se conectó mediante electricidad, lo que provocó que esta célula compartiera ADN. Este óvulo se diferenció en un embrión y el embrión se insertó en una tercera oveja que dio a luz a la versión clonada de Dolly. [56]
1998: Un equipo de la Universidad de Wisconsin, Madison (James A. Thomson, Joseph Itskovitz-Eldor, Sander S. Shapiro, Michelle A. Waknitz, Jennifer J. Swiergiel, Vivienne S. Marshall y Jeffrey M. Jones) publican un artículo titulado "Líneas de células madre embrionarias derivadas de blastocistos humanos". Los investigadores detrás de este estudio no sólo crearon las primeras células madre embrionarias, sino que reconocieron su pluripotencia, así como su capacidad de autorrenovación. El resumen del artículo señala la importancia del descubrimiento con respecto a los campos de la biología del desarrollo y el descubrimiento de fármacos. [57]
2001: El presidente George W. Bush permite que la financiación federal apoye la investigación de aproximadamente 60 líneas de células madre embrionarias (en ese momento ya existentes). Dado que las líneas limitadas en las que Bush permitía la investigación ya estaban establecidas, esta ley apoyó la investigación con células madre embrionarias sin plantear las cuestiones éticas que podrían surgir con la creación de nuevas líneas en el presupuesto federal. [58]
2006: los científicos japoneses Shinya Yamanaka y Kazutoshi Takashi publican un artículo que describe la inducción de células madre pluripotentes a partir de cultivos de fibroblastos de ratón adulto . Las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) son un gran descubrimiento, ya que son aparentemente idénticas a las células madre embrionarias y podrían usarse sin provocar la misma controversia moral. [59]
Enero de 2009: La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) aprueba el ensayo de fase I de Geron Corporation de su tratamiento derivado de células madre de embriones humanos para lesiones de la médula espinal . El anuncio fue recibido con entusiasmo por parte de la comunidad científica, pero también con cautela por parte de los opositores a las células madre. Sin embargo, las células de tratamiento se derivaron de líneas celulares aprobadas bajo la política ESC de George W. Bush . [60]
Marzo de 2009: El presidente Barack Obama firma la Orden Ejecutiva 13505 , que elimina las restricciones impuestas a la financiación federal para células madre humanas por la administración presidencial anterior. Esto permitiría a los Institutos Nacionales de Salud (NIH) proporcionar financiación para la investigación de hESC. El documento también establece que los NIH deben proporcionar pautas de financiación federal revisadas dentro de los 120 días posteriores a la firma de la orden. [61]
Técnicas y condiciones de derivación y cultivo.
Derivación de humanos
La fertilización in vitro genera múltiples embriones. El excedente de embriones no se utiliza clínicamente o no es apto para su implantación en la paciente, por lo que puede ser donado por la donante con su consentimiento. Las células madre embrionarias humanas pueden derivarse de estos embriones donados o, además, también pueden extraerse de embriones clonados creados utilizando una célula de un paciente y un óvulo donado mediante el proceso de transferencia nuclear de células somáticas . [62] La masa celular interna (células de interés), de la etapa de blastocisto del embrión, se separa del trofectodermo, las células que se diferenciarían en tejido extraembrionario. Inmunocirugía , proceso en el que los anticuerpos se unen al trofectodermo y se eliminan mediante otra solución, y se realiza una disección mecánica para lograr la separación. Las células de masa celular interna resultantes se colocan en placas sobre células que proporcionarán soporte. Las células de la masa celular interna se unen y se expanden aún más para formar una línea celular embrionaria humana, que no está diferenciada. Estas células se alimentan diariamente y se separan enzimática o mecánicamente cada cuatro a siete días. Para que se produzca la diferenciación, la línea de células madre embrionarias humanas se retira de las células de soporte para formar cuerpos embrioides, se cultiva conjuntamente con un suero que contiene las señales necesarias o se injerta en un andamio tridimensional para obtener el resultado. [63]
Derivación de otros animales.
Las células madre embrionarias se derivan de la masa celular interna del embrión temprano , que se recolectan del animal madre donante. Martin Evans y Matthew Kaufman informaron sobre una técnica que retrasa la implantación del embrión, permitiendo que aumente la masa celular interna. Este proceso incluye extirpar los ovarios de la madre donante y dosificarle progesterona , cambiando el ambiente hormonal, lo que hace que los embriones permanezcan libres en el útero. Después de 4 a 6 días de este cultivo intrauterino, los embriones se recolectan y crecen en cultivo in vitro hasta que la masa celular interna forma "estructuras similares a cilindros de óvulos", que se disocian en células individuales y se siembran en fibroblastos tratados con mitomicina-c. (para prevenir la mitosis de fibroblastos ). Las líneas celulares clonales se crean haciendo crecer una sola célula. Evans y Kaufman demostraron que las células cultivadas a partir de estos cultivos podían formar teratomas y cuerpos embrioides y diferenciarse in vitro, todo lo cual indica que las células son pluripotentes . [52]
Gail Martin derivó y cultivó sus células ES de manera diferente. Extrajo los embriones de la madre donante aproximadamente 76 horas después de la cópula y los cultivó durante la noche en un medio que contenía suero. Al día siguiente, extrajo la masa celular interna del blastocisto tardío mediante microcirugía . La masa celular interna extraída se cultivó en fibroblastos tratados con mitomicina-c en un medio que contenía suero y condicionado por células ES. Después de aproximadamente una semana, crecieron colonias de células. Estas células crecieron en cultivo y demostraron características pluripotentes , como lo demuestra la capacidad de formar teratomas , diferenciarse in vitro y formar cuerpos embrioides . Martin se refirió a estas células como células ES. [53]
Ahora se sabe que las células alimentadoras proporcionan factor inhibidor de la leucemia (LIF) y el suero proporciona proteínas morfogenéticas óseas (BMP) que son necesarias para evitar que las células ES se diferencien. [64] [65] Estos factores son extremadamente importantes para la eficiencia de la obtención de células ES. Además, se ha demostrado que diferentes cepas de ratones tienen diferentes eficiencias para aislar células ES. [66] Los usos actuales de las células ES de ratón incluyen la generación de ratones transgénicos , incluidos los ratones knockout . Para el tratamiento humano, se necesitan células pluripotentes específicas para cada paciente. La generación de células ES humanas es más difícil y enfrenta cuestiones éticas. Por eso, además de la investigación sobre células ES humanas, muchos grupos se centran en la generación de células madre pluripotentes inducidas (células iPS). [67]
Métodos potenciales para la derivación de nuevas líneas celulares.
El 23 de agosto de 2006, la edición en línea de la revista científica Nature publicó una carta del Dr. Robert Lanza (director médico de Advanced Cell Technology en Worcester, MA) afirmando que su equipo había encontrado una manera de extraer células madre embrionarias sin destruir las células madre reales. embrión. [68] Este logro técnico permitiría potencialmente a los científicos trabajar con nuevas líneas de células madre embrionarias obtenidas con financiación pública en los EE. UU., donde la financiación federal en ese momento se limitaba a la investigación utilizando líneas de células madre embrionarias obtenidas antes de agosto de 2001. En marzo de 2009 se levantó la limitación. [69]
Las células madre embrionarias humanas también se han obtenido mediante transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) . [70] [71] Este enfoque también se ha denominado a veces "clonación terapéutica" porque la SCNT tiene similitud con otros tipos de clonación en el sentido de que los núcleos se transfieren de una célula somática a un cigoto enucleado. Sin embargo, en este caso se utilizó SCNT para producir líneas de células madre embrionarias en un laboratorio, no organismos vivos a través de un embarazo. La parte "terapéutica" del nombre se incluye debido a la esperanza de que la SCNT producida por células madre embrionarias pueda tener utilidad clínica.
Células madre pluripotentes inducidas
La tecnología de células iPS fue iniciada por el laboratorio de Shinya Yamanaka en Kioto , Japón , quien demostró en 2006 que la introducción de cuatro genes específicos que codifican factores de transcripción podría convertir células adultas en células madre pluripotentes. [72] Fue galardonado con el Premio Nobel de 2012 junto con Sir John Gurdon "por el descubrimiento de que las células maduras pueden reprogramarse para volverse pluripotentes". [73]
En 2007, se demostró que las células madre pluripotentes , muy similares a las células madre embrionarias, pueden ser inducidas mediante la administración de cuatro factores ( Oct3/4 , Sox2 , c-Myc y Klf4 ) a células diferenciadas. [74] Utilizando los cuatro genes enumerados anteriormente, las células diferenciadas se "reprograman" en células madre pluripotentes, lo que permite la generación de células madre pluripotentes/embrionarias sin el embrión. La morfología y los factores de crecimiento de estas células pluripotentes inducidas en laboratorio son equivalentes a las células madre embrionarias, lo que lleva a que estas células se conozcan como células madre pluripotentes inducidas (células iPS). [75] Esta observación se observó originalmente en células madre pluripotentes de ratón, pero ahora se puede realizar en fibroblastos humanos adultos utilizando los mismos cuatro genes. [76]
Debido a que las preocupaciones éticas con respecto a las células madre embrionarias generalmente se refieren a su derivación de embriones terminados, se cree que la reprogramación de estas células iPS puede ser menos controvertida.
Esto puede permitir la generación de líneas de células ES específicas de pacientes que podrían usarse potencialmente para terapias de reemplazo celular. Además, esto permitirá la generación de líneas de células ES de pacientes con una variedad de enfermedades genéticas y proporcionará modelos invaluables para estudiar esas enfermedades.
El 16 de enero de 2008, una empresa con sede en California, Stemagen, anunció que había creado los primeros embriones humanos clonados maduros a partir de células individuales de la piel extraídas de adultos. Estos embriones se pueden recolectar para obtener células madre embrionarias compatibles con los pacientes. [79]
Contaminación por reactivos utilizados en cultivo celular.
La edición en línea de Nature Medicine publicó un estudio el 24 de enero de 2005, que afirmaba que las células madre embrionarias humanas disponibles para investigaciones financiadas con fondos federales están contaminadas con moléculas no humanas del medio de cultivo utilizado para hacer crecer las células. [80] Es una técnica común utilizar células de ratón y otras células animales para mantener la pluripotencia de las células madre que se dividen activamente. El problema se descubrió cuando se descubrió que el ácido siálico no humano en el medio de crecimiento comprometía los usos potenciales de las células madre embrionarias en humanos, según científicos de la Universidad de California en San Diego . [81]
Sin embargo, un estudio publicado en la edición en línea de Lancet Medical Journal el 8 de marzo de 2005, detalló información sobre una nueva línea de células madre que se derivó de embriones humanos en condiciones completamente libres de células y suero. Después de más de seis meses de proliferación indiferenciada, estas células demostraron potencial para formar derivados de las tres capas germinales embrionarias tanto in vitro como en teratomas . Estas propiedades también se mantuvieron con éxito (durante más de 30 pases) con las líneas de células madre establecidas. [82]
Células de musa
Las células Muse (células duraderas de estrés diferenciadoras de múltiples linajes) son células madre pluripotentes no cancerosas que se encuentran en adultos. [83] [84] Fueron descubiertos en 2010 por Mari Dezawa y su grupo de investigación. [83] Las células Muse residen en el tejido conectivo de casi todos los órganos, incluido el cordón umbilical, la médula ósea y la sangre periférica. [85] [83] [86] [87] [88] Se pueden recolectar a partir de células mesenquimales que se pueden obtener comercialmente, como fibroblastos humanos , células madre mesenquimales de la médula ósea y células madre derivadas del tejido adiposo. [89] [90] [91] Las células Muse son capaces de generar células representativas de las tres capas germinales a partir de una sola célula, tanto de forma espontánea como bajo inducción de citoquinas . La expresión de genes de pluripotencia y la diferenciación triploblástica son autorrenovables a lo largo de generaciones. Las células Muse no sufren formación de teratoma cuando se trasplantan a un entorno huésped in vivo, lo que elimina el riesgo de tumorigénesis mediante la proliferación celular desenfrenada. [83]
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Enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con las células madre embrionarias .
Comprensión de las células madre: una visión de la ciencia y los problemas de las academias nacionales Archivado el 9 de abril de 2010 en la Wayback Machine.
Institutos Nacionales de Salud
Taller práctico de la Universidad de Oxford sobre tecnología de células madre pluripotentes Archivado el 8 de abril de 2016 en Wayback Machine.
Hoja informativa sobre las células madre embrionarias
Hoja informativa sobre cuestiones éticas en la investigación con células madre embrionarias
Información y alternativas a la investigación con células madre embrionarias
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