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Una línea de células madre es un grupo de células madre que se cultiva in vitro y puede propagarse 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 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 de células especializadas. Debido a la capacidad de autorrenovación de las células madre, una línea de células madre puede cultivarse in vitro de forma indefinida.
Una línea de células madre es claramente diferente de una línea celular inmortalizada , como la línea HeLa . Si bien las células madre pueden propagarse indefinidamente en cultivo debido a sus propiedades inherentes, las células inmortalizadas normalmente no se dividirían indefinidamente, pero han adquirido esta capacidad debido a una mutación. Se pueden generar líneas celulares inmortalizadas 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 es distinta de las células primarias. Las células primarias son células que han sido aisladas y luego utilizadas inmediatamente. Las células primarias no pueden dividirse indefinidamente y, por tanto, no pueden cultivarse durante largos períodos de tiempo in vitro. [ cita necesaria ]
Se crea una línea de células madre embrionarias a partir de células derivadas de la masa celular interna de un blastocisto , un embrión en etapa temprana de preimplantación . [2] En los seres humanos, la etapa de blastocisto ocurre entre 4 y 5 días después de la fertilización. Para crear una línea de células madre embrionarias, se extrae la masa celular interna del blastocisto, se separa del trofoectodermo y se cultiva sobre 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 (FIV). 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 se pueden cultivar en condiciones definidas para mantenerlas en su estado pluripotente, o se pueden estimular 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, 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 principalmente 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, sólo las células madre mesenquimales pueden cultivarse con éxito 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 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 volver a un estado de células madre pluripotentes. [5]
En comparación con las líneas de células madre embrionarias, las líneas iPSC también son de naturaleza pluripotente, pero pueden derivarse sin el uso de embriones humanos, un proceso que ha suscitado preocupaciones éticas. Además, se pueden generar líneas celulares iPSC específicas de cada paciente, es decir, líneas celulares que coinciden genéticamente con un individuo. Se han generado líneas iPSC específicas para pacientes con el fin de estudiar enfermedades [6] y desarrollar terapias médicas específicas para cada paciente.
Las líneas de células madre se cultivan y mantienen a temperaturas y condiciones atmosféricas específicas (37 grados Celsius y 5% de CO 2 ) en incubadoras. Las condiciones de cultivo, como el medio de crecimiento celular y la superficie sobre la que se cultivan las células, varían ampliamente según la línea de células madre específica. Se pueden agregar diferentes factores bioquímicos al medio para controlar el fenotipo celular, por ejemplo para mantener las células madre en un estado pluripotente o diferenciarlas a un tipo de célula específico.
Las líneas de células madre se utilizan en investigación y medicina regenerativa. Se pueden utilizar 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 celulares para reemplazar células y tejidos lesionados o enfermos. Ejemplos de afecciones para las que los investigadores están trabajando para desarrollar tratamientos basados en células madre incluyen enfermedades neurodegenerativas, diabetes y lesiones de la médula espinal.
In vitro de células madre
Las células madre podrían utilizarse como una plataforma in vitro ideal para estudiar los cambios del desarrollo a nivel molecular. Las células madre neurales (NSC), por ejemplo, se han utilizado como modelo para estudiar los mecanismos detrás de la diferenciación y maduración de las células del sistema nervioso central (SNC). Estos estudios están ganando más atención recientemente, ya que pueden optimizarse y ser relevantes para modelar enfermedades neurodegenerativas y tumores cerebrales. [7]
Existe controversia asociada con la derivación y uso de líneas de células madre de embriones humanos. Esta controversia surge del hecho de que la derivación 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 Estados Unidos, la Orden Ejecutiva 13505 estableció que el dinero federal se puede utilizar para investigaciones en las que se utilicen líneas aprobadas de células madre embrionarias humanas (hESC), pero no se puede utilizar para derivar nuevas líneas. [10] Las Directrices de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) sobre investigación de células madre humanas, vigentes desde el 7 de julio de 2009, implementaron la Orden Ejecutiva 13505 estableciendo criterios que las líneas hESC deben cumplir para ser aprobadas para financiamiento. [11] Se puede acceder en línea al Registro de células madre embrionarias humanas de los NIH, que contiene información actualizada sobre líneas celulares elegibles para recibir financiación de los NIH. [12] Hay 486 líneas aprobadas a enero de 2022. [13]
Los estudios han encontrado que las líneas hESC aprobadas no se utilizan de manera uniforme en los EE. UU. Los datos de los bancos de células y las encuestas de investigadores indican que solo un puñado de las líneas hESC disponibles se utilizan de forma rutinaria en la investigación. El acceso y la utilidad se citan como los dos factores principales que influyen en las líneas de hESC con las que los científicos eligen trabajar. [14]
Una encuesta realizada en 2011 entre científicos de células madre en EE. UU. que utilizan líneas hESC en su investigación encontró que el 54 % de los encuestados utilizó dos o menos líneas y el 75 % utilizó tres o menos líneas. [15]
Otro estudio rastreó las solicitudes de líneas celulares realizadas desde los repositorios más grandes de EE. UU., 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 NSCB). y abril de 2004 – diciembre de 2008 (para HSCI). [16] Para NSCB, de veintiún líneas celulares aprobadas, el 77% de las solicitudes fueron para dos de las líneas (H1 y H9). Para HSCI, de las 17 líneas solicitadas más de una vez, el 24,7% de las solicitudes fueron para las dos líneas más solicitadas.