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Una línea de células madre es un grupo de células madre que se cultiva in vitro y se puede propagar indefinidamente. Las líneas de células madre se derivan de tejidos animales o humanos y provienen de una de tres fuentes: células madre embrionarias , células madre adultas o células madre pluripotentes inducidas . Se utilizan comúnmente en investigación y medicina regenerativa.
Por definición, las células madre poseen dos propiedades: (1) pueden autorrenovarse, lo que significa que pueden dividirse indefinidamente mientras permanecen en un estado indiferenciado ; y (2) son pluripotentes o multipotentes , lo que significa que pueden diferenciarse para formar tipos celulares especializados. Debido a la capacidad de autorrenovación de las células madre, una línea de células madre puede cultivarse in vitro indefinidamente.
Una línea de células madre es claramente diferente de una línea de células inmortalizadas , como la línea HeLa . Mientras que las células madre pueden propagarse indefinidamente en cultivo debido a sus propiedades inherentes, las células inmortalizadas normalmente no se dividirían indefinidamente, sino que han adquirido esta capacidad debido a una mutación. Las líneas de células inmortalizadas se pueden generar a partir de células aisladas de tumores, o se pueden introducir mutaciones para hacer que las células sean inmortales. [1]
Una línea de células madre también se diferencia de las células primarias. Las células primarias son células que se han aislado y luego se han utilizado de inmediato. Las células primarias no pueden dividirse indefinidamente y, por lo tanto, no pueden cultivarse durante largos períodos de tiempo in vitro. [ cita requerida ]
Una línea de células madre embrionarias se crea a partir de células derivadas de la masa celular interna de un blastocisto , un embrión en etapa temprana, antes de la implantación . [2] En humanos, la etapa de blastocisto ocurre 4-5 días después de la fertilización. Para crear una línea de células madre embrionarias, la masa celular interna se retira del blastocisto, se separa del trofoectodermo y se cultiva en una capa de células de soporte in vitro. En la derivación de líneas de células madre embrionarias humanas, se utilizan embriones sobrantes de procedimientos de fertilización in vitro (IVF). El hecho de que el blastocisto se destruya durante el proceso ha generado controversia y preocupaciones éticas.
Las células madre embrionarias son pluripotentes , lo que significa que pueden diferenciarse para formar todos los tipos de células del cuerpo. In vitro, las células madre embrionarias pueden cultivarse en condiciones definidas para mantenerlas en su estado pluripotente, o pueden estimularse con señales bioquímicas y físicas para diferenciarlas en diferentes tipos de células.
Las células madre adultas se encuentran en tejidos juveniles o adultos. Las células madre adultas son multipotentes : pueden generar un número limitado de tipos de células diferenciadas (a diferencia de las células madre embrionarias pluripotentes). Los tipos de células madre adultas incluyen células madre hematopoyéticas y células madre mesenquimales . Las células madre hematopoyéticas se encuentran en la médula ósea y generan todas las células del sistema inmunológico y todos los tipos de células sanguíneas. Las células madre mesenquimales se encuentran en la sangre del cordón umbilical, el líquido amniótico y el tejido adiposo y pueden generar varios tipos de células, incluidos osteoblastos , condrocitos y adipocitos . En medicina, las células madre adultas se utilizan con mayor frecuencia en trasplantes de médula ósea para tratar muchos cánceres de huesos y sangre, así como algunas enfermedades autoinmunes. [3] (Ver Trasplante de células madre hematopoyéticas )
De los tipos de células madre adultas que se han aislado e identificado con éxito, solo las células madre mesenquimales pueden cultivarse con éxito en cultivos durante largos períodos de tiempo. Otros tipos de células madre adultas, como las células madre hematopoyéticas, son difíciles de cultivar y propagar in vitro. [4] La identificación de métodos para mantener las células madre hematopoyéticas in vitro es un área activa de investigación. Por lo tanto, si bien existen líneas de células madre mesenquimales, otros tipos de células madre adultas que se cultivan in vitro pueden clasificarse mejor como células primarias.
Las líneas de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) son células madre pluripotentes que se han generado a partir de células adultas/somáticas. El método de generación de iPSC fue desarrollado por el laboratorio de Shinya Yamanaka en 2006; su grupo demostró que la introducción de cuatro genes específicos podría inducir a las células somáticas a revertir a un estado de célula madre pluripotente. [5]
En comparación con las líneas de células madre embrionarias, las líneas de iPSC también son pluripotentes por naturaleza, pero se pueden obtener sin el uso de embriones humanos, un proceso que ha suscitado preocupaciones éticas. Además, se pueden generar líneas de células iPSC específicas para cada paciente, es decir, líneas celulares que son compatibles genéticamente con un individuo. Se han generado líneas de iPSC específicas para cada paciente con el fin de estudiar enfermedades [6] y desarrollar terapias médicas específicas para cada paciente.
Las líneas de células madre se cultivan y se mantienen a una temperatura y unas condiciones atmosféricas específicas (37 grados Celsius y 5 % de CO2 ) en incubadoras. Las condiciones de cultivo, como el medio de crecimiento celular y la superficie en la que se cultivan las células, varían ampliamente según la línea de células madre específica. Se pueden añadir diferentes factores bioquímicos al medio para controlar el fenotipo celular, por ejemplo, para mantener las células madre en un estado pluripotente o para diferenciarlas en un tipo celular específico.
Las líneas de células madre se utilizan en la investigación y la medicina regenerativa. Pueden utilizarse para estudiar la biología de las células madre y el desarrollo humano temprano. En el campo de la medicina regenerativa, se ha propuesto que las células madre se utilicen en terapias basadas en células para reemplazar células y tejidos dañados o enfermos. Entre los ejemplos de enfermedades para las que los investigadores están trabajando para desarrollar tratamientos basados en células madre se incluyen las enfermedades neurodegenerativas, la diabetes y las lesiones de la médula espinal.
Células madre in vitro
Las células madre podrían utilizarse como una plataforma in vitro ideal para estudiar los cambios del desarrollo a nivel molecular. Por ejemplo, las células madre neuronales (CMN) se han utilizado como modelo para estudiar los mecanismos que subyacen a la diferenciación y maduración de las células del sistema nervioso central (SNC). Estos estudios están recibiendo más atención recientemente, ya que pueden optimizarse y ser relevantes para modelar enfermedades neurodegenerativas y tumores cerebrales. [7]
Existe una controversia asociada con la obtención y el uso de líneas de células madre embrionarias humanas. Esta controversia surge del hecho de que la obtención de células madre embrionarias humanas requiere la destrucción de un embrión humano en etapa de blastocisto, antes de la implantación. Existe una amplia gama de puntos de vista con respecto a la consideración moral que se debe dar a los embriones humanos en etapa de blastocisto. [8] [9]
En los Estados Unidos, la Orden Ejecutiva 13505 estableció que el dinero federal puede utilizarse para investigaciones en las que se utilicen líneas de células madre embrionarias humanas (hESC) aprobadas, pero no puede utilizarse para derivar nuevas líneas. [10] Las Directrices de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) sobre la investigación con células madre humanas, vigentes a partir del 7 de julio de 2009, implementaron la Orden Ejecutiva 13505 al establecer criterios que deben cumplir las líneas de hESC para ser aprobadas para su financiación. [11] Se puede acceder en línea al Registro de células madre embrionarias humanas de los NIH y tiene información actualizada sobre las líneas celulares elegibles para la financiación de los NIH. [12] Hay 486 líneas aprobadas a enero de 2022. [13]
Los estudios han demostrado que las líneas de células madre embrionarias aprobadas no se utilizan de manera uniforme en los EE. UU. Los datos de los bancos de células y las encuestas a investigadores indican que solo unas pocas de las líneas de células madre embrionarias disponibles se utilizan de manera rutinaria en la investigación. El acceso y la utilidad se citan como los dos factores principales que influyen en las líneas de células madre embrionarias con las que los científicos eligen trabajar. [14]
Una encuesta realizada en 2011 a científicos de células madre en los EE. UU. que utilizan líneas de hESC en sus investigaciones encontró que el 54% de los encuestados utilizaba dos o menos líneas y el 75% utilizaba tres o menos líneas. [15]
Otro estudio hizo un seguimiento de las solicitudes de líneas celulares atendidas por los mayores repositorios de Estados Unidos, el Banco Nacional de Células Madre (NSCB) y el Instituto de Células Madre de Harvard (HSCI; Cambridge, MA, EE.UU.), durante los períodos de marzo de 1999 a diciembre de 2008 (para el NSCB) y de abril de 2004 a diciembre de 2008 (para el HSCI). [16] En el caso del NSCB, de veintiún líneas celulares aprobadas, el 77% de las solicitudes fueron para dos de las líneas (H1 y H9). En el caso del HSCI, de las 17 líneas solicitadas más de una vez, el 24,7% de las solicitudes fueron para las dos líneas solicitadas con mayor frecuencia.