El límite de Hayflick , o fenómeno de Hayflick , es el número de veces que una población de células humanas somáticas diferenciadas normales se dividirá antes de que la división celular se detenga. [1] [2]
El concepto de límite de Hayflick fue propuesto por el anatomista estadounidense Leonard Hayflick en 1961, [3] en el Instituto Wistar de Filadelfia , Pensilvania. Hayflick demostró que una población de células fetales humanas normales se dividirá entre 40 y 60 veces en un cultivo celular antes de entrar en una fase de senescencia . Este hallazgo refutó la afirmación de Alexis Carrel de que las células normales son inmortales .
Hayflick interpretó su descubrimiento como un envejecimiento a nivel celular. El envejecimiento de las poblaciones celulares parece estar correlacionado con el envejecimiento físico general de un organismo. [3] [4]
Macfarlane Burnet acuñó el nombre de "límite de Hayflick" en su libro Mutagénesis intrínseca: un enfoque genético del envejecimiento , publicado en 1974. [5]
Antes del descubrimiento de Leonard Hayflick, se creía que las células de los vertebrados tenían un potencial ilimitado para replicarse. Alexis Carrel , un cirujano ganador del premio Nobel , había afirmado que "todas las células explantadas en un cultivo de tejidos son inmortales y que la falta de replicación celular continua se debía a la ignorancia sobre la mejor manera de cultivar las células". [5] Afirmó haber cultivado fibroblastos de corazones de pollos (que suelen vivir entre 5 y 10 años) y haber mantenido el cultivo en crecimiento durante 34 años. [6]
Sin embargo, otros científicos no han podido reproducir los resultados de Carrel, [5] y se sospecha que se deben a un error en el procedimiento experimental. Para proporcionar los nutrientes necesarios, es posible que se hayan vuelto a añadir células madre embrionarias de pollos al cultivo diariamente. Esto habría permitido fácilmente el cultivo de células nuevas y frescas en el cultivo, por lo que no hubo una reproducción infinita de las células originales. [3] Se ha especulado que Carrel conocía este error, pero nunca lo admitió. [7] [8]
También se ha teorizado [¿ por quién? ] que las células que utilizó Carrel eran lo suficientemente jóvenes como para contener células madre pluripotentes , que, si se les hubiera suministrado un nutriente de apoyo que activara la telomerasa , habrían sido capaces de evitar la senescencia replicativa, o incluso posiblemente revertirla. Los cultivos que no contenían células madre pluripotentes activas para la telomerasa se habrían poblado con células inactivas para la telomerasa, que habrían estado sujetas al límite de 50 ± 10 eventos de mitosis hasta que se produzca la senescencia celular , como se describe en los hallazgos de Hayflick. [4]
Hayflick empezó a sospechar de las afirmaciones de Carrel mientras trabajaba en un laboratorio del Instituto Wistar. Hayflick se dio cuenta de que uno de sus cultivos de fibroblastos humanos embrionarios había desarrollado una apariencia inusual y que la división celular se había ralentizado. Al principio, lo descartó como una anomalía causada por contaminación o un error técnico. Sin embargo, más tarde observó otros cultivos celulares que mostraban manifestaciones similares. Hayflick revisó su cuaderno de investigación y se sorprendió al descubrir que todos los cultivos celulares atípicos habían sido cultivados hasta aproximadamente su 40.º duplicación, mientras que los cultivos más jóvenes nunca mostraron los mismos problemas. Además, las condiciones eran similares entre los cultivos más jóvenes y los más viejos que observó: el mismo medio de cultivo, los mismos recipientes de cultivo y el mismo técnico. Esto lo llevó a dudar de que las manifestaciones se debieran a la contaminación o a un error técnico. [9]
Hayflick se propuso demostrar que el cese de la capacidad replicativa normal de las células que observó no era el resultado de la contaminación viral, malas condiciones de cultivo o algún artefacto desconocido. Hayflick se asoció con Paul Moorhead para el experimento definitivo para eliminar estos factores causales. Como citogenetista experto , Moorhead pudo distinguir entre células masculinas y femeninas en cultivo. El experimento se desarrolló de la siguiente manera: Hayflick mezcló cantidades iguales de fibroblastos masculinos humanos normales que se habían dividido muchas veces (células en la duplicación de la población número 40) con fibroblastos femeninos que se habían dividido menos veces (células en la duplicación de la población número 15). Las poblaciones de células no mezcladas se mantuvieron como controles. Después de 20 duplicaciones del cultivo mixto, solo quedaron células femeninas. La división celular cesó en los cultivos de control no mezclados en los tiempos previstos; cuando el cultivo de control masculino dejó de dividirse, solo quedaron células femeninas en el cultivo mixto. Esto sugirió que los errores técnicos o los virus contaminantes eran explicaciones poco probables de por qué la división celular cesaba en las células más viejas, y demostró que, a menos que el virus o el artefacto pudiera distinguir entre células masculinas y femeninas (lo que no podía), entonces el cese de la replicación celular normal estaba gobernado por un mecanismo de conteo interno. [3] [5] [9]
Estos resultados desmintieron las afirmaciones de Carrel sobre la inmortalidad y establecieron el límite de Hayflick como una teoría biológica creíble. A diferencia del experimento de Carrel, el de Hayflick ha sido repetido con éxito por otros científicos.
Hayflick describe tres fases en la vida de las células cultivadas normales. Al comienzo de su experimento, denominó al cultivo primario "fase uno". La fase dos se define como el período en el que las células proliferan; Hayflick lo llamó el período de "crecimiento exuberante". Después de meses de duplicarse, las células finalmente alcanzan la fase tres, un fenómeno que él llamó " senescencia ", en el que la tasa de replicación celular se ralentiza antes de detenerse por completo. [ cita requerida ]
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Se ha descubierto que el límite de Hayflick se correlaciona con la longitud de la región telomérica al final de los cromosomas. Durante el proceso de replicación del ADN de un cromosoma, pequeños segmentos de ADN dentro de cada telómero no pueden copiarse y se pierden. [10] Esto ocurre debido a la naturaleza desigual de la replicación del ADN, donde las cadenas líder y rezagada no se replican simétricamente. [11] La región telomérica del ADN no codifica ninguna proteína; es simplemente un código repetido en la región final de los cromosomas eucariotas lineales. Después de muchas divisiones, los telómeros alcanzan una longitud crítica y la célula se vuelve senescente. Es en este punto cuando una célula ha alcanzado su límite de Hayflick. [12] [13]
Hayflick fue el primero en informar que sólo las células cancerosas son inmortales. Esto no se pudo demostrar hasta que demostró que las células normales son mortales. [3] [4] La senescencia celular no ocurre en la mayoría de las células cancerosas debido a la expresión de una enzima llamada telomerasa . Esta enzima extiende los telómeros, evitando que los telómeros de las células cancerosas se acorten y dándoles un potencial replicativo infinito. [14] Un tratamiento propuesto para el cáncer es el uso de inhibidores de la telomerasa que evitarían la restauración del telómero, permitiendo que la célula muera como otras células del cuerpo. [15]
Hayflick sugirió que sus resultados en los que las células normales tienen una capacidad replicativa limitada pueden tener importancia para comprender el envejecimiento humano a nivel celular. [4]
Se ha informado que la limitada capacidad replicativa de los fibroblastos humanos observada en cultivos celulares es mucho mayor que el número de eventos de replicación experimentados por células no madre in vivo durante una vida postnatal normal. [16] Además, se ha sugerido que no existe una correlación inversa entre la capacidad replicativa de cepas celulares humanas normales y la edad del donante humano del que se derivaron las células, como se argumentó anteriormente. Ahora está claro que al menos algunos de estos resultados variables son atribuibles al mosaicismo de los números de replicación celular en diferentes sitios del cuerpo de donde se extrajeron las células. [16]
Las comparaciones entre diferentes especies indican que la capacidad de replicación celular puede estar relacionada principalmente con la masa corporal de la especie, pero es más probable que esté relacionada con su longevidad. [ Aclaración necesaria ] Por lo tanto, la capacidad limitada de las células para replicarse en cultivo puede ser directamente relevante para el envejecimiento físico general de un organismo. [3] [4]