Enfermedades renales: ¿cómo pueden ayudar las células madre?
La demanda de trasplantes de riñón es cada vez mayor. En las sociedades occidentales, tanto la hipertensión como la diabetes de tipo 2 están aumentando y contribuyendo a elevar el índice de enfermedades renales. No obstante, no hay suficientes donaciones renales como para cubrir estas pujantes necesidades. Las terapias basadas en células madre podrían ofrecer una solución alternativa.
Los riñones ayudan a establecer el equilibrio correcto de sales y minerales en la sangre. También filtran toxinas y generan varias hormonas importantes. Las nefronas son los componentes clave del riñón.
Las enfermedades renales son provocadas por daños en las nefronas. Estos daños pueden ser repentinos y de corta duración (enfermedad renal aguda) o lentos y progresivos (enfermedad renal crónica).
La enfermedad renal crónica puede provocar insuficiencia renal, que, si no se trata con diálisis o un trasplante renal, puede ser mortal.
Los investigadores están estudiando cómo las células madre podrían ayudar a los riñones a reparar las nefronas dañadas y a recuperar la función renal.
Los científicos están investigando cómo se autoregenera el riñón y qué tipos de células renales intervienen en el proceso. Aún no se sabe con certeza qué tipo de células , pero hay varios grupos de células alrededor de las nefronas que poseen características similares a las de las células madre. Uno de estos grupos son las llamadas células progenitoras renales (RPC). Otro grupo posee características similares a las de las células madre mesenquimales (MSC), células que normalmente se encuentran en la médula ósea.
Los científicos también están utilizando células madre pluripotentes inducidas (iPSC) para crear estructuras 3D similares a las de las nefronas, utilizadas para estudiar cómo se forman los riñones en los embriones y para desarrollar y probar tratamientos y fármacos nuevos. Puede que en el futuro sea posible utilizar estas células para crear nefronas nuevas en los riñones dañados.
Estudiar el desarrollo del riñón, la enfermedad renal y el proceso natural de reparación es muy difícil debido a las complejas estructuras de las células y a la gran diversidad de células del riñón.
Las enfermedades renales pueden ser debidas a daños en diferentes tipos de células del riñón. Los tratamientos con células madre solo serán efectivos si tienen en cuenta las células que han sido dañadas y deben sustituirse.
Los tratamientos celulares que promuevan las vías de reparación naturales podrían aparecer antes que las terapias de sustitución celular, pero los investigadores aún necesitan conocer mejor el funcionamiento de los procesos de reparación naturales antes de desarrollar cualquier tratamiento.
Los riñones se encuentran hacia la parte posterior del cuerpo, unos 10 cm aproximadamente por encima de las caderas y justo debajo de la caja torácica. Son las unidades filtradoras del cuerpo y mantienen un buen balance de fluido, minerales, sales y otras sustancias en la sangre. Producen orina para retirar los residuos y sustancias dañinas del cuerpo. También producen varias hormonas, como la eritropoyetina (EPO), que actúa en la médula ósea para incrementar la producción de glóbulos rojos; el calcitriol (vitamina D3 activa), que promueve la absorción de calcio y fosfatos para tener unos huesos y dientes sanos; o la enzima renina, que está implicada en la monitorización y control de la presión sanguínea.
El componente de trabajo clave del riñón es la nefrona.
La nefrona está compuesta de:
- El glomérulo – una densa red de capilares que filtra la sangre
- La cápsula de Bowman – recubre el glomérulo, recolecta el fluido que ha sido filtrado fuera de la corriente sanguínea y lo dirige dentro de los túbulos.
- Los túbulos – pequeños tubos recubiertos por una capa sencilla de células especializadas encargadas principalmente de reabsorber agua y electrolitos (p.ej. sodio, potasio, cloruro y bicarbonato) recuperándolos para la sangre, antes de que los desechos fluídicos dejen el cuerpo en forma de orina.
Las enfermedades renales normalmente implican daño en las nefronas y pueden ser agudas o crónicas. En el caso de enfermedades renales agudas hay una parada repentina de la función renal. Normalmente está causada por la pérdida de grandes cantidades de sangre o algún accidente y es de corta duración, aunque en ocasiones puede llevar a un daño renal duradero. Una enfermedad renal se considera crónica (ERC) cuando se produce la pérdida de una tercera parte o más de la función renal durante al menos 3 meses. En ERC la función renal empeora con los años y a menudo pasan años antes de detectarse el problema porque sus efectos son relativamente moderados. Algunos de los síntomas asociados con ERC son: dolor de cabeza, fatiga, presión arterial alta, picor, retención de fluidos y falta de aire.
No obstante, las enfermedades renales pueden desencadenar una (menos de un 10 % función renal). Una vez esto ocurre, los pacientes necesitan diálisis o un trasplante de riñón para sobrevivir. El riesgo de desarrollar ERC se incrementa con la vejez, diabetes, presión arterial elevada, obesidad y tabaquismo. Al menos un 8 % de la población europea (40 millones de personas) tiene actualmente un grado de ERC, por lo que están en riesgo de padecer insuficiencia renal. Esta cifra aumenta año tras año y no hay suficientes donantes de órganos para proveer trasplantes para tantos pacientes. Esto hace que el desarrollo de nuevas opciones terapéuticas para tratar las ERC sea cada vez más importante.
Los científicos todavía están debatiendo qué células madre de riñón existen en el cuerpo adulto y cuál es su función en el proceso de reparación natural del riñón. Se han propuesto células encontradas en numerosos sitios en las nefronas como candidatas para células madre del riñón. La evidencia más convincentes de la existencia de dichas células madre es el descubrimiento de un grupo de células progenitoras de riñón (RPC) situadas en el polo urinario de la cápsula de Bowman, en la nefrona (área marcada en azul en la imagen de arriba). Estas células poseen algunas de las características clave de las células madre y los investigadores han mostrado que éstas son las responsables de la producción de podocitos –células especializadas involucradas en el trabajo de filtración de la nefrona y que deben reemplazarse continuamente a lo largo de la vida. Existen estudios que también sugieren que esas mismas RPC podrían ser capaces de generar un segundo tipo celular especializado que recubre la nefrona. Recientemente, además de las células madre del riñón, también se han aislado del riñón células madre con algunas características típicas de células madre mesenquimales.
Diferentes tipos de células provenientes de la médula ósea han sido testadas en animales y en ensayos clínicos para su potencial uso en enfermedades renales. Entre todos los tipos celulares investigados, las células madre mesenquimales (CMM) son las que han mostrado resultados más prometedores hasta el momento. Los estudios sugieren que las CMM podrían ser capaces de potenciar la habilidad intrínseca de los riñones de repararse a sí mismos.
. Científicos que investigan los efectos terapéuticos de estas s CMM provenientes de la médula ósea en el riñón han sugerido que esas células podrían segregar proteínas que pueden ayudar a las células renales a crecer, inhibir la muerte celular y que podrían fomentar las propias células madre del riñón a reparar el daño renal. Es necesario llevar a cabo más investigaciones para establecer si estas ideas son correctas. Actualmente se están efectuando ensayos clínicos con CMM de la médula ósea para analizar la efectividad de estas células al tratar a pacientes que padezcan enfermedades renales (ClinicalTrials.gov NCT02057965, NCT02387151).
Parecen existir células con algunas de las características encontradas en las CMM de la médula ósea en muchos otros órganos. No obstante, existe cierta controversia entre los científicos acerca de la naturaleza exacta de estas células y sus funciones en el cuerpo. Recientemente, se han aislado del riñón células con características parecidas a las CMM. Estas células llamadas CMM de riñón son visiblemente distintas de las CMM de la médula ósea. Sin embargo, se necesitan más investigaciones, tanto para identificar su función concreta en el mantenimiento normal del riñón, como para investigar su potencial en el fomento de la autoregeneración o autoreparación después de un daño renal.
Otro tipo de células madre que los científicos están usando en investigaciones renales son las células pluripotentes inducidas (iPSC). Las iPSC se generan reprogramando células adultas especializadas de cualquier zona del cuerpo para que se comporten como células madre embrionarias. Tienen la habilidad de convertirse en cualquier tipo celular o tejido presente en el cuerpo. Recientemente, investigadores han sido capaces de usar las iPSC para producir células renales en un estadio muy temprano del desarrollo. Estas células renales en un estadio temprano del desarrollo del riñón se parecen a las células encontradas en el embrión, aquellas que finalmente darán lugar al riñón durante el desarrollo del feto. Estas células podrían tener el potencial de generar glomérulos y túbulos, las piezas fundamentales de la nefrona. No obstante, es necesario realizar muchas investigaciones antes de que las iPSC puedan ser usadas en pacientes con ERC.
Se está investigando un enfoque alternativo al trasplante de riñón que, en el futuro, podría ayudar a pacientes con enfermedades renales: el uso de estructuras orgánicas para producir órganos enteros trasplantables. Las estructuras orgánicas son órganos a los que se le han retirado todas las células. Lo único que queda es la matriz extracelular, la parte del órgano que crea su forma. Esta matriz puede ser sembrada con las células del paciente a tratar y ser cultivadas para que crezcan recubriendo la estructura orgánica. Al usar las células del propio paciente, las complicaciones debidas a un rechazo inmune son reducidas drásticamente. Los retos de este enfoque son la identificación y obtención de los tipos celulares adecuados que se utilizarán para sembrar la estructura orgánica, especialmente en órganos con estructuras complejas hechas de muchos tipos celulares distintos. Las iPSC serán candidatas útiles para la siembra de estructuras orgánicas. Experimentos realizados en ratas han mostrado la viabilidad de este enfoque.
Ya se utilizan CMM de la médula ósea en ensayos clínicos para tratar a pacientes con enfermedades renales (ClinicalTrials.gov NCT02057965, NCT02387151), pero todavía no se han desarrollado trasplantes de células madre para el tratamiento de enfermedades renales. El riñón es un órgano muy complejo que se compone de un gran número de distintos tipos celulares. Para producir un nuevo riñón en el laboratorio, todos estos distintos tipos celulares deberían ser generados de maneras diferentes y después mezclados con la esperanza de que finalmente recreasen un riñón funcional. Es más, las enfermedades renales son debidas a motivos varios y afectan a diferentes tipos de células. Los tratamientos que apuntan a reemplazar las células dañadas en el riñón del paciente deberían suministrar distintos tipos de células para diferentes pacientes. Aunque la investigación en órganos o terapias de reemplazo celular está en desarrollo, es probable que sea un objetivo a largo plazo.
Mientras tanto, las células madre podrían beneficiar a los pacientes de otras maneras. Por ejemplo, podrían ser usadas para ayudarnos a entender mejor la enfermedad a través de estudios del desarrollo y el comportamiento de las células de riñón cultivadas en el laboratorio. La investigación con células madre también podría permitirnos usar los propios mecanismos de reparación del cuerpo para encontrar tratamientos para las enfermedades renales. En las enfermedades renales agudas, el cuerpo suele reparar el daño renal por sí solo, pero es incapaz de realizar esta misma reparación lo suficientemente bien como para afrontar el daño progresivo que se produce durante las enfermedades renales crónicas. La reciente identificación de células semejantes a las CMM en el riñón podría abrir nuevas posibilidades para mejorar la capacidad innata para regenerar y reparar riñones dañados. Tantear las posibilidades de tratamiento mediante el estudio de cómo funcionan estas células renales recientemente descubiertas es, a día de hoy, un área importante de investigación. Los investigadores siguen estudiando cómo utilizar las nuevas tecnologías en la investigación con células madre, por ejemplo, para reprogramar las células y modificar su comportamiento.
STELLAR: an EU sponsored collaborative consortium researching stem cells use in kidney regeneration
How your kidneys work - animated description from the BBC
The European Kidney Patients' Federation (CEAPIR)
List of national kidney disease organisations in Europe
UK National Health Service information on chronic kidney disease
Scientific American news article on experiments in rats using kidney scaffolds
Esta hoja informativa fue creada por Brigitte Wieles y revisada por Ton Rabelink, coordinador del proyecto europeo STELLAR.
La versión en castellano fue traducida por Ivan Lorenzo Moldero.
La imagen inicial y el diagrama de la nefrona fueron creados por EuroStemCell usando Servier Medical Art. La imagen de las células madre de riñón fue creada por Brigitte Wieles. La imagen de microscopía de los túbulos fue creada por J.W. Schmidt. Grandmother and grandchild © iStock/grandriver.