Diabetes: ¿Cómo pueden ayudar las células madre?

Hoja informativa Diabetes

La diabetes es una enfermedad crónica y el número de niños diagnosticados con diabetes de tipo 1 está aumentando. Los síntomas de la diabetes se pueden controlar, pero no existe ninguna cura. Para muchos, la diabetes significa vivir con inyecciones diarias de insulina y la posibilidad de daño permanente a la salud.

Cuando aumentan los niveles de azúcar en sangre (glucemia), las células beta del páncreas liberan insulina. La insulina indica a las células de todo el cuerpo que deben absorber glucosa de la sangre.

En la diabetes de tipo 1, el sistema inmunitario destruye las células beta. En la diabetes de tipo 2, las células no absorben suficiente glucosa, ya sea porque son insensibles a la insulina o porque no se produce suficiente insulina.

Los pacientes con diabetes de tipo 1 deben analizarse la sangre y administrarse insulina a diario.

Los científicos han utilizado con éxito células madre pluripotentes para producir células que respondan a la glucosa y que liberen insulina, como las células beta. Actualmente, se están llevando a cabo ensayos clínicos con estas células.

La diabetes se conoce bien, pero no su causas. Aún se está investigando qué impulsa al sistema inmunitario a destruir las células beta en la diabetes de tipo 1.

Las investigaciones actuales están estudiando el uso de células madre para fabricar células beta que puedan trasplantarse a pacientes con diabetes de tipo 1. Se están llevando a cabo ensayos clínicos con dispositivos/cápsulas que protegen del sistema inmunitario del paciente a los precursores de células beta derivados de células madre transplantados. .

Los investigadores también parecen interesados en la posibilidad de usar fármacos para fomentar que las células del páncreas del paciente fabriquen más células beta de manera natural.

La autoinmunidad es un gran reto para la diabetes de tipo 1. Incluso si se crean nuevas células beta o si se trasplantan al paciente, el sistema inmunitario acabará detectándolas y destruyéndolas. Por eso, los tratamientos deben tener en cuenta cómo evitar que el sistema detecte las nuevas células beta. Normalmente se han utilizado inmunosupresores, que, por desgracia, tienen como efecto secundario el aumento del riesgo de infección.

Todas las células del cuerpo necesitan energía. Esta energía se transporta por todo el cuerpo en forma de azúcar (glucosa) en la sangre. El punto en común de todos los tipos de diabetes es un problema a la hora de regular los niveles normales de azúcar en sangre. Normalmente, estos niveles de azúcar son regulados por la liberación de la hormona insulina. La insulina se produce en células del páncreas llamadas células beta, que se agrupan junto con otras células pancreáticas los islotes de Langerhans. En un páncreas humano existen alrededor de un millón de islotes de Langerhans.

¿Dónde está el páncreas? El páncreas se localiza en el abdomen, al lado del intestino delgado y el estómago. En este vídeo cortesía de Dror Sever y Anne Grapin-Botton, las células que producen la insulina (células beta) están marcadas en rojo.

'Insulin Production in the Human Pancreas' diagram
Producción de insulina en el páncreas humano: Las células beta se encuentran junto a los vasos sanguíneos que fluyen desde el páncreas y desde ahí liberan la insulina hacia el torrente sanguíneo. La insulina es necesaria para que las células puedan captar la glucosa y la puedan utilizar como energía.

 

Existen varios tipos de diabetes, pero el problema común de todas ellas es la incapacidad para regular los niveles normales de azúcar en la sangre.

Los tipos más comunes de diabetes:

La diabetes de tipo 1 ocurre cuando el sistema inmunológico ataca y destruye las células beta. Esto quiere decir que los niveles de azúcar en la sangre siempre permanecen altos, lo que con el tiempo puede causar insuficiencias en diversos órganos debido al daño causado en los vasos sanguíneos.

La diabetes de tipo 2 ocurre cuando la insulina producida no funciona correctamente (las células se vuelven resistentes a la insulina), combinado con una secreción inapropiada de insulina por parte de las células beta.

Islet in a person with diabetes type 1 and without diabetes
Observando la diabetes: Las imágenes muestran un islote en una persona con diabetes de tipo 1 (izquierda) y sin diabetes (derecha). En la imagen de la izquierda se puede observar como se produce menos insulina (en marrón) y también como se produce inflamación, ya que las células beta están lesionadas.  

 

Insulin pump
Bomba de insulina: Ejemplo de bomba de insulina utilizada por diabéticos de tipo1 para administrarse insulina

Actualmente no existe ninguna cura para la diabetes. Aunque la diabetes de tipo 2 puede ser a menudo controlada parcialmente con una dieta saludable y ejercicio regular, la diabetes de tipo 1 no se puede controlar de esta manera. Las personas con diabetes de tipo 1 deben medirse los niveles de azúcar en sangre varias veces al día para determinar las dosis de insulina y tienen que autoadministrarse insulina cuando sea necesario (ya sea a través de inyecciones o de una bomba). Aun así, mantener los niveles de azúcar en sangre dentro de un rango normal es difícil. Con el tiempo, los niveles elevados de azúcar en sangre pueden causar daños graves al corazón, ojos, vasos sanguíneos, riñones y nervios, pero si se inyecta insulina en exceso se puede provocar una caída en los niveles de azúcar en sangre (hipoglucemia), lo cual puede ser mortal.

Hoy en día es posible tratar a un paciente con diabetes de tipo 1 mediante el trasplante de islotes pancreáticos, aislados de un donante de páncreas, o incluso mediante el trasplante del órgano completo. Los trasplantes pueden permitir que el cuerpo recupere el control de los niveles de azúcar en sangre, por lo que ya no sería necesario administrar insulina. El trasplante de islotes consiste normalmente en la infusión de dichos islotes en la vena portal del hígado, que se convierte en el nicho de los nuevos islotes, mientras que el trasplante del páncreas en su totalidad requiere cirugía más  invasiva y conlleva un riesgo significativo.

 

Isolated islets of Langerhans used for transplantation
Islotes aislados de Langerhans utilizados para el trasplante 

Hay algunos problemas con el trasplante de islotes:

El número de donantes es mucho menor que la demanda; además los islotes tienen que ser de una calidad suficiente y en las cantidades correctas.

  • Para realizar un trasplante (tanto de islotes como de páncreas) se debe suprimir el sistema inmunológico para que el nuevo órgano “extraño” no sea rechazado. Los fármacos inmunosupresores hacen que el paciente se vuelva vulnerable a las infecciones y suelen conllevar efectos secundarios. Actualmente, solo un número limitado de pacientes con diabetes de tipo 1 es apto para el trasplante, debido precisamente a estos efectos secundarios.

Aunque se administren fármacos inmunosupresores, las funciones del órgano trasplantado van decayendo, debido probablemente a un rechazo crónico, y un nuevo trasplante puede ser necesario. Una vez el sistema inmunológico ha desarrollado esta capacidad de destruir las células del primer trasplante, puede reconocer las células extrañas más rápido y más fácilmente. Es decir, que si se hacen trasplantes adicionales de islotes y trasplantes de otros órganos, por ejemplo el riñón, el rechazo es mucho más probable.

Human Islet of Langerhans
Islotes de Langerhans humanos: En el mismo islote: en el lado izquierdo se muestra la insulina marcada de color verde, lo cual revela las células beta. En el lado derecho se muestra el glucagón marcado de color violeta; éste es producido por las células alfa.

 

Actualmente no existe ningún tratamiento con células madre probado para la diabetes. Si se pudieran fabricar células beta en el laboratorio, se podría resolver el problema de obtener el número correcto de islotes funcionales para el trasplante.

Enfoques actuales para fabricar nuevas células beta para la terapia:

  • A partir de células madre pluripotentes humanas fabricar células beta maduras en el laboratorio, las cuales serían trasplantadas a los pacientes diabéticos.
  • A partir de otro tipo de células, como por ejemplo las células del hígado: fabricar células beta maduras en el laboratorio, las cuales serían trasplantadas a los pacientes diabéticos
  • Usar medicamentos para activar las células en el páncreas del paciente diabético y que produzca nuevas células beta.

Y todos estos enfoques tienen en común la misma problemática:

  • ¿Cómo evitar que las células sean atacadas por el sistema inmunológico después del trasplante?

Insulin-producing cells made from human embryonic stem cells
El mundo invisible: Células productoras de insulina elaboradas a partir de células madre embrionarias

Fabricar células beta a partir de células madre pluripotentes

Las células pluripotentes (ya sean células madre embrionarias o células madre pluripotentes inducidas) pueden dar lugar a todos los tipos de células en el cuerpo y los científicos están explorando cómo dirigir estas células para fabricar células beta completamente funcionales. Estas células podrían reemplazar la escasa fuente de donantes de islotes pancreáticos de Langerhans. Hasta ahora, los investigadores han tenido éxito en la producción de células a partir de células madre pluripotentes humanas, que responden a la glucosa de una manera similar a las células beta normales en el laboratorio. Además, ratones diabéticos recuperan niveles normales de glucosa en sangre después de recibir un trasplante con estas células. Muy pronto se empezará a probar la seguridad de estas células beta en ensayos clínicos de fase 1.

Fabricar células beta a partir de otras células

Algunos investigadores piensan que podría ser posible estimular las células ya presentes en el páncreas del paciente para fabricar nuevas células beta: un proceso conocido como regeneración. No se sabe si existen células madre en el páncreas, pero se han encontrado precursores de células beta en ratones. Se espera que si estos precursores también existen en el páncreas humano será posible encontrar medicamentos que puedan convertirlas en células beta maduras. Estos estudios están todavía en fase experimental y no han llegado al punto en el que puedan ser probados en ensayos clínicos.

 

Beta cell pathways diagram
El nacimiento de las células beta: La vía de maduración de las células beta, a partir de células progenitoras a medida que el páncreas se desarrolla.

Proteger a las células del ataque del sistema inmunológico

Capsule for transplanting cells
Cápsula para trasplantar células que las protege del sistema inmunológico de la persona: Creado por ViaCyte y en fase de prueba en ensayo clínico de fase 1/2 (la explicación se muestra más abajo).

Se está trabajando para encontrar la manera más efectiva de encapsular las células trasplantadas para protegerlas del ataque del sistema inmunológico. Actualmente, existen varios grupos de investigación y empresas comerciales (ViaCyte y Beta-O2 Technologies) involucrados en ensayos clínico de fase 1 para crear una cápsula que permita el transporte hacia el interior de glucosa y otro nutrientes y hacia el exterior de la insulina y que a su vez proteja a las células de los ataques del sistema inmunológico.

También se están realizando estudios sobre fármacos que reduzcan la reacción inmune y el resultado de estos estudios podría ser la creación de terapias mejoradas en combinación con el trasplante de células beta.

Trasplante de células precursoras a partir de células madre pluripotentes

Debido a que ya somos capaces de crear células beta a partir de células madre pluripotentes el siguiente paso es testar la seguridad y la eficacia de dichas células en pacientes con diabetes de tipo 1. Recientemente, dos ensayos clínicos dirigidos por la compañía biotecnológica ViaCyte han comenzado. Ambos consisten en colocar células precursoras pancreáticas en un recipiente con forma de tarjeta de crédito y trasplantarlas a los pacientes. Se espera que, como ya se ha demostrado en ratones, estas células precursoras maduren espontáneamente y se conviertan en células productoras de insulina, reemplazando las células beta no funcionales.

El primero de estos ensayos clínicos comenzó en Julio de 2014. Este ensayo de fase 1/2 tenía el objetivo de estudiar la seguridad y eficacia del producto PEC-EncapTM, un dispositivo que contiene células precursoras y que permite la secreción de insulina al torrente sanguíneo a la vez que previene el ataque a estas células por parte del sistema inmunológico. ViaCyte informó en 2018 que PEC-EncapTM es seguro y bien tolerado por los pacientes, y que el dispositivo Encaptra® es inmunoprotector, tal y como se diseñó. Sin embargo, se necesitan más estudios para asegurar que el dispositivo se injerta eficientemente. Para ello, ViaCyte esta colaborando con W. L. Gore & Associates para generar nuevos dispositivos para el implante.

En 2017, ViaCyte empezó un segundo ensayo clínico de fase 1/2 en EE.UU. y Canadá, usando la mismas células precursoras en un dispositivo que permite la vascularización directa de estas. Debido a que este dispositivo requiere la inmunosupresión del paciente para evitar el rechazo del injerto, se pretende usar en pacientes con diabetes tipo 1 que estén en riesgo de complicaciones agudas, como un coma o la muerte. Gracias a una colaboración de larga duración con el consorcio internacional Beta Cell Therapy  (www.betacelltherapy.org/), se ha creado un nuevo grupo en Noviembre del 2018 con la inclusión de los primeros pacientes europeos en Bruselas (Bélgica).

Esta hoja informativa fue creada por Sarah Pattison.

Revisada en 2011 por Harry Heimberg. 

Revisada y actualizada en 2015 por Henrik Semb.

Revisada y actualizada en 2018 por Henrik Semb y Eelco de Koning.

Texto traducido al español por Vania Rosas y Asier Galarza Torre.

Imágenes y videos

(Los derechos de autor pertenecen a las personas que contribuyeron salvo indicación de lo contrario en el texto)

  • Islotes humanos con células beta (en verde, marcadas con anticuerpos para la insulina) y células alfa (en violeta, marcadas con anticuerpos para el glucagón). © Olle Korsgren
  • Imágenes de los islotes de una persona sin diabetes y de un paciente con diabetes de tipo 1. © Johan Olerud
  • El video del páncreas que muestra el páncreas, el estómago y el duodeno. © Dror Sever y Anne Grapin-Botton
  • Diagrama sobre la producción de insulina en el páncreas humano. © 2001 Terese Winslow (asistida por Lydia Kibiuk)
  • Imagen de la inyección de diabetes. © Wellcome Library, London
  • Células productoras de insulina derivadas de células madre embrionarias: marcaje de péptido C en células productoras de insulina derivadas de células madre embrionarias humanas. Cortesía de Katja Hess/Zarah Löf Öhlin
  • Islotes de Langerhans humanos aislados y utilizados para trasplante por Andrew Friberg (CC BY 3.0)
  • El nacimiento de células beta Cameron Duguid (CC BY 3.0)
  • Cápsula para el trasplante de células © ViaCyte