La enfermedad de Alzheimer: ¿cómo podrían ayudar las células madre?
La enfermedad de Alzheimer es la causa más común de demencia. El Alzheimer es una enfermedad compleja que afecta a las células nerviosas en muchas partes del cerebro y por esta razón es muy difícil encontrar un tratamiento eficaz. ¿Puede la investigación con células madre ayudar a enfrentar este desafío en el futuro?
La enfermedad de Alzheimer es la causa principal de demencia. Las personas afectadas por esta enfermedad a menudo sufren pérdida de memoria, confusión y cambios de humor.
Aún se desconoce su causa, pero existen varias teorías que apuntan a dos proteínas, llamadas «beta amiloide» y «tau», que se encuentran en zonas en deterioro en el cerebro de un paciente con la enfermedad de Alzheimer.
Al acumularse las proteínas beta amiloide, se forman placas que impiden que las neuronas envíen señales correctamente.
La proteína tau es importante para el funcionamiento normal de la célula, pero los investigadores creen que cuando se tuercen formando «nudos tau» impiden a las neuronas recibir nutrientes.
Actualmente no existe ninguna cura para la enfermedad de Alzheimer.
En estos momentos, no existe ningún tratamiento con células madre aprobado para tratar esta enfermedad. Aunque se han visto efectos positivos al trasplantar células madre neurales en cerebros de ratones con una enfermedad similar al Alzheimer, los investigadores todavía siguen estudiando cómo actúan estas células madre y cómo podrían ayudar a reparar el cerebro.
Para poder estudiar la enfermedad, los investigadores están utilizando células madre pluripotentes inducidas para producir neuronas con la misma base genética que la de las personas que padecen la enfermedad de Alzheimer. Estas neuronas son útiles para identificar nuevos medicamentos que puedan reducir las proteínas tau y beta amiloides. Además, pueden servir para encontrar síntomas que puedan ayudar a diagnosticar a los pacientes con Alzheimer de forma prematura.
La enfermedad de Alzheimer destruye muchas neuronas diferentes del cerebro, lo que hace que cada caso sea único y muy difícil de tratar.
Un tratamiento con células madre eficaz deberá distribuir células a todas las zonas dañadas del cerebro, fabricar los tipos de neuronas y otras células cerebrales correctos, «conectar» correctamente las neuronas nuevas en las redes de neuronas existentes y, sobre todo, ser seguro (es decir, no provocar cáncer u otras complicaciones).
Algunos investigadores opinan que usar neuronas creadas a partir de células madre para estudiar el Alzheimer no representa con exactitud células de un cerebro envejecido. Sin embargo, otros piensan que este enfoque es el mejor para entender los estadíos más tempranos de la enfermedad.
Si se llegan a desarrollar tratamientos con células madre para la enfermedad de Alzheimer, estos tratamientos no detendrán la causa de la enfermedad. Esto significa que los tratamientos podrían no ser duraderos y que los pacientes podrían padecer una recaída.
La enfermedad de Alzheimer es la causa más común de demencia. Los primeros signos de la enfermedad se manifiestan en fallos de la memoria o en la dificultad para encontrar las palabras adecuadas. Con el tiempo se desarrollan otros síntomas como confusión, cambios de humor o pérdida de memoria y estos se vuelven cada vez más graves.
Las causas de la enfermedad todavía no se conocen con certeza, pero los científicos han encontrado que las personas que padecen Alzheimer tienen una acumulación anormal de ciertas proteínas en el cerebro. Una de estas proteínas, llamada beta amiloide, se acumula formando “placas” y otra proteína, llamada tau, se tuerce formando “nudos”. Los científicos todavía están tratando de identificar si estas placas y nudos en el cerebro provocan los síntomas del Alzheimer, o si son efectos secundarios de la enfermedad. Una teoría es que las placas impiden que las células nerviosas en el cerebro puedan comunicarse correctamente y los nudos impiden a las células obtener los nutrientes necesarios. Independientemente de los procesos involucrados, es evidenteque a medida que el Alzheimer se desarrolla, las células nerviosas (neuronas) van muriendo.. Por esta razón, el Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa.
Se ha estimado que alrededor del 1.5% de la población entre 65-69 años y alrededor de un 25-30% de la población de 90 años padece de la enfermedad de Alzheimer. Aunque la razón exacta es desconocida, una serie de factores de riesgo se han vinculado con la enfermedad: el más importante es el envejecimiento. Se sabe que las mujeres son más propensas a padecer Alzheimer que los hombres y que la genética (es decir, la historia familiar) también juega un papel importante. Y constantemente se identifican nuevos factores, como la obesidad.
No existe cura para la enfermedad de Alzheimer. Hay medicamentos disponibles que pueden ayudar temporalmente con algunos de los síntomas, por ejemplo, ayudando a la memoria o a la habilidad de realizar las tareas diarias. La mayoría de estos medicamentos pertenecen a una clase llamada inhibidores de la colinesterasa (e.g. Aricept, Exelon, Reminyl). Estos medicamentos pueden ayudar a prevenir la descomposición de una sustancia natural en el cerebro que se llama acetilcolina, la cual transporta señales entre las neuronas. Sin embargo, no existen medicamentos que retrasen o detengan la pérdida de neuronas. En las últimas dos décadas se han realizado investigaciones intensas y se han identificado nuevos medicamentos potenciales para impedir la acumulación de la proteína amiloide en el cerebro. Desafortunadamente, los ensayos clínicos con estas sustancias han fallado, lo que ha provocado que surjan nuevas preguntas sobre cómo se estudia esta enfermedad en el laboratorio. Actualmente, la investigación se hace principalmente con ratones que tienen una enfermedad similar al Alzheimer, estos ratones se llaman ratones modelo de la enfermedad. Las células madre podrían jugar un rol en la investigación actual, ya que podrían ser nuevos modelos de la enfermedad y permitir a los científicos estudiar la enfermedad en células humanas y finalmente desarrollar nuevos tratamientos.
Al día de hoy, no hay ningún tratamiento disponible para el Alzheimer con células madre.
EL Alzheimer afecta a muchos tipos de neuronas en distintas partes del cerebro, lo cual representa un problema complejo para repararlo .
Aunque algunos estudios muestran que las células madre neurales (un tipo de células madre presentes en el cerebro) pueden formar nuevas neuronas, trasplantarlas al cerebro de un paciente con Alzheimer para crear neuronas nuevas y sanas no es simple. Insertar nuevas células en un cerebro con Alzheimer no solucionará el por qué las neuronas están muriendo; sólo valdrán de ayuda temporal hasta que más neuronas desaparezcan. No obstante, los tratamientos con células madre neurales serían una gran ayuda para los pacientes.
Aunque sólo retrasara ligeramente la enfermedad, esto significaría un aumento en la calidad de vida del paciente, la comunidad y la economía. Por ejemplo, un tratamiento que retrasara la enfermedad por 5 años reduciría el número de casos de Alzheimer y su impacto económico en un tercio.
Conseguir un tratamiento basado en céluas madre neurales es un desafío. Incluso si hubiera amplia disponibilidad de células madre neurales sanas que funcionaran y que se pudieran trasplantar con seguridad, estas células tendrían que realizar varias tareas difíciles antes de poder verse los beneficios terapéuticos. Las células deberían:
- viajar a través de las múltiples áreas del cerebro donde se ha producido el daño
- producir los diferentes tipos de neuronas necesarias para reemplazar las células dañadas o perdidas (por el mismo número, no creándolas en exceso).
- hacer esto de una manera que permita a las nuevas neuronas integrarse de manera efectiva en el cerebro, haciendo las conexiones para sustituir las piezas perdidas de una compleja red
A pesar de estos desafíos importantes, los científicos han participado activamente en la investigación de trasplantes de células madre en ratones y los estudios han demostrado algunos beneficios, pero esta investigación está en etapas tempranas y todavía hay muchas preguntas por responder. Se necesita mucho más trabajo antes de que los resultados puedan aplicarse al desarrollo de una terapia para pacientes humanos.
Otro enfoque posible para terapias con células madre podría ser el uso de ciertos tipos de células madre para enviar proteínas llamadas neurotrofinas al cerebro. En el cerebro sano, las neurotrofinas apoyan el crecimiento y la supervivencia de las neuronas, pero en los pacientes con Alzheimer la producción de neurotrofinas es baja. Las células madre neurales producen neurotrofinas y esto podría ser una vía para resolver este problema. Para probar esta teoría, los científicos criaron ratones con los síntomas y las características de la enfermedad de Alzheimer, como el deterioro de la memoria. Después inyectaron células madre neurales en el cerebro de los ratones y se observaron algunas mejoras en la memoria. Otros estudios se están llevando a cabo para entender este efecto, pero esto no ha sido probado aún en pacientes humanos.
Muchos científicos creen que los pacientes con Alzheimer se beneficiarán de las células madre de una manera diferente antes del desarrollo de potenciales terapias de trasplante de células. Mediante el uso de células madre derivadas de pacientes con Alzheimer y el crecimiento de grandes cantidades de estas células cerebrales en el laboratorio, los científicos podrían estudiar la enfermedad y buscar nuevos fármacos.
Un día en la vida de una investigadora que trabaja sobre la demencia. La científica Selina Wray lleva al Alzheimer’s Research UK a través de su día; (Sólo en inglés).
La investigación actual utiliza un tipo de células madre llamadas células madre pluripotentes inducidas (iPS) para estudiar la enfermedad de Alzheimer. Estas células cultivadas en el laboratorio se obtienen a través de la “reprogramacion” de otras células fáciles de aislar de los pacientes, como las células de la piel. Las células iPS pueden producir todos los tipos celulares en el cuerpo, así que podrían convertirse en una fuente de células difíciles de obtener, como las neuronas del cerebro.
Los científicos usan la tecnología iPS para cultivar neuronas en el laboratorio y estudiar la enfermedad de Alzheimer. Los investigadores usan neuronas creadas con esta tecnología, hechas a partir de células de pacientes con Alzheimer, para estudiar anormalidades que puedan ayudar a la progresión de la enfermedad, tal y como diferencias en la forma en la que las neuronas producen, transportan y secretan las proteínas beta amiloides, que forman placas, y las proteínas tau, que forman nudos en los cerebros de los pacientes.
Las neuronas derivadas de células iPS son una buena herramienta para estudiar las neuronas de los pacientes con Alzheimer en el laboratorio con un nivel de detalle que no sería posible de otro modo. Esto permite a los investigadores entender más en profundidad cómo y por qué las placas de proteínas se forman al comienzo de la enfermedad y que provoca la muerte neuronal. También permite a los científicos probar nuevos medicamentos y terapias, y buscar síntomas que puedan ayudar a diagnosticar el Alzheimer de forma prematura, aumentando la posibilidad de éxito de los tratamientos.
Uno de los últimos avances en neurociencia es el uso de células iPS para cultivar “organoides” cerebrales. En lugar de cultivar neuronas en una placa Petri plana, los organoides cerebrales se cultivan en condiciones que permiten a las células madre neurales crecer en agrupaciones en 3 dimensiones (3D). Estas agrupaciones de células tienen una mayor variedad de tipos celulares y crean estructuras celulares complejas que son similares al tejido cerebral humano. Por ejemplo, los organoides cerebrales crean capas de neuronas como las que se observan en el cerebro; estas capas no se forman cuando las células se cultivan en una superficie plana.
El beneficio de los organoides cerebrales radica en que aportan un tejido cerebral que permite estudiar el desarrollo, las funciones, la reparación y las enfermedades cerebrales. Obtener muestras vivas de tejido cerebral humano es difícil y suele conllevar problemas éticos. Los organoides cerebrales permiten a los investigadores cultivar tejido cerebral para llevar a cabo experimentos. Además, hacer organoides a partir de células iPS permite a los investigadores estudiar las diferencias entre células cerebrales con diferentes historiales genéticos, como organoides de personas sanas en comparación con los de pacientes de Alzheimer. Los investigadores exploran todas las formas en las que estos organoides se comportan, tal y como su forma de migrar, establecer estructuras complejas e interactuar entre unas con otras. Actualmente, se está investigando si las proteínas beta amiloides son más propensas a formar placas en organoides en lugar de en modelos experimentales en dos dimensiones. De ser así, los organoides cerebrales podrían convertirse en una herramienta fundamental en la investigación, tratamiento y descubrimiento de medicamentos para el Alzheimer.
Otra área de investigación, es el papel del sistema inmune en el Alzheimer. Estudios genéticos en pacientes con Alzheimer sugieren que un sistema inmune hiperactivo podría desencadenar una inflamación en el cerebro y daño a las neuronas. Recientemente, se han usado células iPS de pacientes con Alzheimer para cultivar microglia, las células inmunes del cerebro. Los investigadores quieren averiguar cómo estas células interactúan con las proteínas beta amiloides y si estas células pueden desencadenar el inicio de la enfermedad.
La investigación con células iPS también es prometedora en otros aspectos. El Alzheimer varía mucho entre pacientes; estudiarlo usando células iPS originarias de diferentes personas podría desvelar el origen de esta variabilidad. También podría revelar qué tratamientos funcionarían mejor en cada caso en particular ayudando al desarrollo de la medicina personalizada.
Aunque algunas compañías dicen poder ofrecer tratamientos con células madre para tratar la enfermedad de Alzheimer, muchos de estos tratamientos están fuera del proceso de ensayos clínicos aprobados y cuidadosamente controlados. En EE. UU. y otros países alrededor del mundo, existen ensayos clínicos de Fase I y II (esto es, ensayos para evaluar la seguridad y la eficacia de un tratamiento). Muchos utilizan células madre mesenquimales para tratar la enfermedad de Alzheimer. En este sentido, se recomienda ir con precaución hasta que se publiquen los resultados de estos ensayos, puesto que se han cuestionado la base científica y la seguridad de estos tratamientos. Es importante aclarar que las páginas web que enumeran ensayos clínicos actuales, como clinicaltrials.gov, NO evalúan si el ensayo es científicamente correcto o si es llevado a cabo por una institución respetable. En la actualidad, no está disponible ningún tratamiento con células madre probado, seguro y eficaz en la UE o en EE.UU. Sin embargo, los científicos ya están utilizando la tecnología de células madre para llevar a cabo estudios rigurosos sobre las causas y efectos de la enfermedad de Alzheimer y esperan que sus hallazgos desempeñen un papel importante en la búsqueda de nuevos medicamentos y quizás también nuevas terapias celulares en el futuro.
Video: Alzheimer’s Stem Cell Research: Ask the expert – Larry Goldstein UCSD
Protein plaques and tangles explained in a ‘brain tour’ from the Alzheimer’s Association
Virtual dementia research lab from Alzheimer’s research UK
Created Out of Mind – Website dedicated to dementia awareness
Alzheimer’s Society YouTube channel
Stem cell therapies and neurological disorders of the brain: what is the truth? By Roger Barker
Esta hoja informativa fue creada por Mahendra De Silva en 2014.
Revisada y actualizada por Fred H. Gage, Laura Phipps, Pietro Tiraboschi, Håkan Toresson y Selina Wray en 2014.
Revisada y actualizada por Selina Wray en 2016.
Editada por Ryan Lewis en 2018.
Revisada y actualizada por Charlie Arber en 2018
Texto traducido al español por Vania Rosas y Asier Galarza Torre.
La imagen de cabecera representa la pérdida de conexión entre neuronas en el cerebro con Alzheimer, cortesía del National Institute on Aging/National Institutes of Health. La imagen animada fue creada por 7mike5000 de Inside the Brain: Unraveling the Mystery of Alzheimer's Disease por el National Institute on Aging. La imagen aumentada delas células nerviosas llamadas astrocitos es de Nephron. Todas las demás imágenes son cortesía del National Institute on Aging/National Institutes of Health.
Micrografía que muestra células marcadas fluorescentemente en un organoide cerebral. Los organoides cerebrales crean capas de células para formar estructuras complejas en 3D similares a las que encontramos en cerebros humanos. Imagen provista por Charlie Arber, UCL Institute of Neurology