Tipos de células madre y sus aplicaciones
Las células madre son la reserva natural del cuerpo, que dan suministro a las células especializadas agotadas o dañadas. Todos tenemos células madre que trabajan en nuestro interior. En este preciso momento, dentro de su médula ósea, las células madre trabajan para producir las 100.000 millones de nuevas células sanguíneas que se necesitan al día!
Es necesario generar células nuevas de manera constante simplemente para que nuestro cuerpo siga funcionando. Algunas células especializadas, como las sanguíneas y las musculares, son incapaces de realizar copias de sí mismas mediante la división celular. En lugar de eso, su suministro procede de poblaciones de células madre.
Las células madre tienen la exclusiva capacidad de producir copias tanto de sí mismas (auto-renovación) como de otros tipos de células más especializadas (diferenciación), cada vez que se dividen. Es por eso que las células madre son fundamentales para el mantenimiento de tejidos como la sangre, la piel y el intestino, que se renuevan constantemente (sustitución celular), y del músculo, que puede aumentar según las necesidades del organismo y que con frecuencia sufre daños durante la actividad física.
Las células madre no están especializadas. A diferencia de los glóbulos rojos, que transportan el oxígeno en el torrente sanguíneo, o de las células musculares que trabajan con otras células para producir el movimiento, una célula madre no tiene propiedades fisiológicas especializadas.
Las células madre pueden dividirse y producir copias idénticas de sí mismas una y otra vez. Este proceso se conoce como auto-renovación y se mantiene a lo largo de toda la vida del organismo. La auto-renovación es la cualidad que define a las células madre. Las células especializadas, como las de la sangre y los músculos, normalmente no se replican a sí mismas, lo que significa que si se dañan gravemente por una enfermedad o por una lesión, no pueden auto-sustituirse.
Las células madre también pueden dividirse y producir células más especializadas. Este proceso se conoce como diferenciación. El número y el tipo de células que las células madre producen varía dependiendo del tipo de tejido y del estado de desarrollo. Desde el punto de vista tradicional, a medida que el organismo se desarrolla el potencial de las células madre para producir cualquier tipo de célula del cuerpo se va reduciendo gradualmente.
Las células madre pueden utilizarse para estudiar el desarrollo
Las células madre nos ayudan a comprender cómo se desarrolla un organismo complejo a partir de un óvulo fecundado. En el laboratorio, los científicos pueden hacer un seguimiento de las células madre mientras estas se dividen y se vuelven cada vez más especializadas dando lugar a células cutáneas, óseas, cerebrales y de otros tipos. Identificar los signos y mecanismos que determinan si una célula madre elige seguir replicándose a sí misma o diferenciarse en una célula especializada, y en qué tipo de célula, nos ayudará a comprender qué controla el desarrollo normal.
Algunos de los problemas médicos más graves, como el cáncer y los defectos congénitos, se deben a la división y diferenciación anormal de las células. Conocer mejor los controles genéticos y moleculares de estos procesos puede aportar información sobre cómo surgen las enfermedades y proponer nuevas estrategias para el tratamiento. Este es uno de los objetivos más importantes de la investigación con células madre.
Las células madre tienen la capacidad de sustituir a las células dañadas y de tratar enfermedades
Esta propiedad ya se utiliza en el tratamiento de quemaduras extensas y para restaurar el sistema sanguíneo en pacientes con leucemia y otros trastornos hematológicos.
Las células madre también podrían ser la clave para reemplazar las células que se pierden en otras muchas enfermedades que en la actualidad carecen de tratamientos viables. En la actualidad, de forma frecuente, se utilizan tejidos y órganos donados para sustituir los tejidos dañados, pero la necesidad de tejidos y órganos trasplantables supera con creces el suministro disponible. Si las células madre se pudieran dirigir para que se diferenciasen en tipos celulares específicos, estas supondrían una fuente de células de sustitución renovable con la que tratar enfermedades como el Parkinson, el ictus, las enfermedades del corazón y la diabetes. Esta perspectiva resulta fascinante pero quedan obstáculos técnicos significativos que salvar que sólo se superarán con años de intensa investigación.
Las células madre podrían utilizarse para estudiar enfermedades
En muchos casos es difícil obtener las células que se dañan durante una enfermedad y estudiarlas con detalle. Las células madre, tanto si llevan el gen defectuoso que provoca la enfermedad como si se manipulan para que contengan los defectos genéticos genes que causan enfermedad, ofrecen una alternativa viable. Los científicos podrían utilizar las células madre para modelar los procesos de las enfermedades en el laboratorio y para comprender mejor qué es lo que no funciona.
Las células madre podrían convertirse en un recurso para probar tratamientos médicos nuevos
Podría analizarse la seguridad de nuevos medicamentos en células especializadas generadas en grandes cantidades a partir de líneas de células madre reduciendo así la necesidad de experimentación animal. En este sentido, ya se utilizan otros tipos de líneas celulares. Por ejemplo, se utilizan líneas celulares de cáncer para analizar posibles fármacos antitumorales.
No todas las células madre provienen del embrión temprano. De hecho tenemos células madre en nuestro organismo durante toda nuestra vida. Las células madre se pueden dividir en tres categorías:
- Células madre embrionarias: son aquellas que se cultivan en el laboratorio y que provienen de embriones tempranos.
- Células madre pluripotentes inducidas o células madre “reprogramadas”: son similares a las células madre embrionarias pero provienen de células adultas especializadas y se convierten en células madre de este tipo mediante una técnica innovada en 2006
- Células madre adultas o específicas de tejido: se encuentran en nuestro organismo durante toda nuestra vida.
Puedes leer en mayor detalle sobre las propiedades de los diferentes tipos de células madre y las investigaciones más actuales en nuestras hojas informativas.
En esta página informativa le ofrecemos un breve resumen sobre los diferentes tipos de células madre antes de hablar de los últimos avances en terapias celulares aplicadas a pacientes, y los retos y limitaciones que esto conlleva.
Las células madre embrionarias (ESCs, del inglés Embryonic Stem Cells) tienen un potencial ilimitado en generar todas las células especializadas del organismo, lo que supone enormes posibilidades en la investigación de diversas enfermedades para proveer nuevas terapias. Las ESCs son pluripotentes, es decir pueden dar lugar a cualquier tipo celular del organismo.
Las ESCs humanas fueron cultivadas en una laboratorio por primera vez en 1998. Estas células provienen de embriones en un estado de desarrollo muy temprano, cuando éstos están formados por unas 200-300 células que es lo que se conoce como blastocisto.
En octubre del 2016, alrededor de 300 líneas celulares diferentes, cada una proveniente de un sólo embrión, fueron obtenidas en Europa (fuente: registro de células madre pluripotentes humanas). Estas líneas celulares tienen que ser cuidadosamente caracterizadas por científicos para que sean usadas en ensayos clínicos o desarrollo de fármacos - otra de las razones que limita el número de líneas de células madre embrionarias.
Los retos actuales en la investigación de células madre embrionarias incluyen las consideraciones éticas y la necesidad técnica de asegurar que todas las ESCs se diferencien completamente en el tipo celular requerido antes de su trasplante en el paciente.
Un descubrimiento revolucionario en la investigación con células madre fue el descubrimiento galardonado con un premio Nobel que las células adultas especializadas podían ser “reprogramadas” en células que se comportan como células madre embrionarias.
El descubrimiento de estas células madre pluripotentes inducidas (iPSCs) también planteó esperanzas de que las células podrían ser hechas de la propia piel del paciente (u otros tejidos) para tratar su enfermedades, evitando el riesgo de rechazo ial tejido u órgano trasplantado. También permite la generación de bancos de células iPSC, que funcionarían casi como bancos de sangre, donde se puede encontrar un donante adecuado para los pacientes.
Sin embargo, el uso de iPSCs en terapia celular es teórico por el momento. La tecnología de reprogramación es muy reciente y el proceso todavía no se comprende completamente. Los científicos necesitan encontrar maneras de producir iPSCs con seguridad y más eficientemente.
También se debe demostrar que estas células se pueden diferenciar completamente y consistentemente en los tipos requeridos de células especializadas para cumplir con las normas adecuadas para su uso en pacientes.
Muchos tejidos en el cuerpo humano se mantienen y se reparan a lo largo de la vida gracias a estas células madre. Estas células madre adultas son muy diferentes a las células madre embrionarias.
Las células madre de tejido, no son pluripotentes como ESCS, sino multipotentes. Esto significa que sólo pueden hacer un número limitado de tipos de células especializadas que son específicos para su órgano de origen; las células madre neuronales, por ejemplo, sólo pueden diferenciarse en células especializadas del sistema nervioso, mientras que las células madre sanguíneas sólo pueden formar células especializadas del sistema sanguíneo.
Las células madre son una herramienta técnica muy importante en la investigación con enfermedades y ofrecen un gran potencial para su uso clínico.
Algunas de las fuentes de células madre adultas ya se usan actualmente en terapia celular, aunque todavía existen limitaciones. Los primeros ensayos clínicos que usan células madre embrionarias han sido finalizados recientemente, aunque se necesitan más estudios antes de que se puedan aprobar cualquier uso terapéutico para más pacientes.
Mientras tanto, las iPSCs ya son de gran valor en la investigación básica, aunque todavía existe mucho trabajo por hacer antes de que pueda considerarse su uso clínico.
Esto también se observa en los ensayos clínicos que implican ya sea ESC o iPSCs: mientras que las células ESC ya se utilizan en varios ensayos clínicos para tratar enfermedades, las células iPSCs hasta ahora sólo han sido utilizadas en un solo estudio para tratar la degeneración macular asociada con la edad, pero que actualmente está en espera. Todos los demás ensayos clínicos más bien implican la derivación de iPSCs de las células del paciente ya sea para el modelado de la enfermedad, pruebas de fármacos o para aumentar nuestra conocimiento de la biología básica de este tipo de células.
Una avenida diferente en la investigación actual es la transdiferenciación – convertir un tipo celular especializado en otro tipo directamente.Todas estas diferentes estrategias son importantes para que la investigación con células madre pueda alcanzar su potencial y proveernos con terapias para muchas enfermedades.
La versión original de esta hoja informativa fue creada por Claire Cox y revisada por Austin Smith, y con el aporte de los expertos Paolo Bianco, Ian Chambers, Allen Eaves, Tariq Enver y Thomas Graf. Posteriormente ha sido estudiada y actualizada por Sabine Gogolok y revisada por Phil Rossall, Manager de investigación (Knowledge Management) Age UK he investigado de la Universidad de Edimburgo (Knowledge Exchange).
Esta hoja informativa ha sido traducida al español por Sandra Blanco.
Imagen principal © iStock/Les Cunliffe. Crédito de otras imágenes:Sally Lowell, Sophie Morgani, Luke Boulter y Andrew Jarjour, MRC Centre for Regenerative Medicine, University of Edinburgh; Cameron Duguid.