Regeneración: ¿Qué significa y cómo funciona?
Algunas partes de nuestro cuerpo pueden repararse bastante bien después de una lesión, pero en otras no hay reparación en absoluto. Evidentemente no podemos hacer crecer un brazo o una pierna entera, pero algunos animales pueden regenerar partes del cuerpo entero. ¿Qué podemos aprender?
Las salamandras, las planarias y varias otras especies son capaces de regenerar partes del cuerpo que hayan sido dañadas o amputadas. Este fenómeno se llama regeneración.
También algunos órganos humanos, como el hígado y la piel, tienen la capacidad de regenerarse después de sufrir una lesión.
La regeneración puede llevarse a cabo de distintas maneras, empleando, en algunos casos, células madre pluripotentes y, en otros, células madre específicas de cada tejido. Hay casos en los que las células madre ni siquiera son necesarias, como ocurre en la regeneración del corazón del pez cebra.
El estudio de la regeneración en otras especies ayudará a comprender los mecanismos de curación y reparación del cuerpo humano. Esto, a su vez, puede favorecer el desarrollo de medicamentos que estimulen la regeneración y favorezcan una curación más completa.
Los investigadores estudian distintos aspectos de la regeneración, desde las señales que ponen en marcha el proceso hasta el motivo por el cual las células madre de los humanos no tienen la misma capacidad de regeneración que las de las salamandras.
Muchos investigadores estudian el mecanismo que impulsa a las células madre a formar un blastema, que es una acumulación de células madre en el lugar de la lesión.
Uno de los objetivos de la investigación sobre animales como la salamandra es determinar cuál es el mecanismo que permite a las células madre saber qué parte del cuerpo necesita regenerarse y dónde está ubicada en el "mapa" del cuerpo; las células madre de los mamíferos no tienen ninguna de estas dos propiedades.
Resulta de particular importancia saber qué señales activan o desactivan a las células madre según sea necesaria la regeneración o no.
Hay muchos animales que pueden regenerar complejas partes del cuerpo con la función y forma completa después de amputación o lesión. Invertebrados (animales sin médula espinal) como el gusano plano o planaria pueden regenerar tanto la cabeza desde un trozo de cola o la cola desde un trozo de cabeza. Entre los vertebrados (animales con médula espinal), los peces pueden regenerar partes del cerebro, ojos, riñón, corazón y aletas. Las ranas pueden regenerar el tejido de extremidades, cola, cerebro y ojos como renacuajos pero no como los adultos. Y las salamandras pueden regenerar extremidades, corazón, cola, tejidos del ojo, riñón, cerebro y médula espinal durante toda la vida.
Hay muchos animales que pueden regenerar complejas partes del cuerpo con la función y forma completa después de amputación o lesión. Invertebrados (animales sin médula espinal) como el gusano plano o planaria pueden regenerar tanto la cabeza desde un trozo de cola o la cola desde un trozo de cabeza. Entre los vertebrados (animales con médula espinal), los peces pueden regenerar partes del cerebro, ojos, riñón, corazón y aletas. Las ranas pueden regenerar el tejido de extremidades, cola, cerebro y ojos como renacuajos pero no como los adultos. Y las salamandras pueden regenerar extremidades, corazón, cola, tejidos del ojo, riñón, cerebro y médula espinal durante toda la vida.
¿Cómo crecen estos animales regenerativos estructuras tan complejas? Después de la amputación, las células madre se acumulan en el sitio de la lesión en una estructura llamada blastema. Un tema importante de investigación en curso es cómo las señales que llegan desde el sitio de la lesión estimulan a las células madre para producir la blastema y empezar a dividirse para reconstruir la parte que falta. Y ¿qué pasa con las propias células madre? Es un solo tipo de célula madre en la blastema que pueden diferenciarse en muchos tipos diferentes de tejidos (llamados un células madre multipotentes). ¿O son necesarias unas células madre diferentes para cada uno de los diferentes tejidos para completar la nueva parte del cuerpo?
Investigaciones recientes en diversos animales regenerativos ha demostrado que existen diversas estrategias de las células madre para regenerar partes del cuerpo construidas a partir de tejidos múltiples, tales como músculo, nervio y piel. Si entendemos los principios y las moléculas que estos animales utilizan para regenerar los tejidos adultos, ¿podremos aplicarlo para regenerar o construir tejido humano?
El grupo de investigación del científico Peter Reddien en los Estados Unidos ha dado con la solución a una pregunta muy antigua en regeneración de planaria: ¿puede una sola célula madre regenerar un animal entero? La respuesta es Sí, si puede. Esto demuestra que la planaria adulta tiene células madre pluripotentes – células que pueden hacer todos los tipos de células del cuerpo del animal. ¿Cómo se controlan estas células pluripotentes en el cuerpo de los gusanos para que no formen tumores es una importante pregunta que varios grupos de investigación están ahora estudiando.
Pero no todos los animales usan células pluripotentes en regeneración. Las células que regeneran una cola de rana y una extremidad en la salamandra tienen propiedades muy diferentes de una célula madre de planaria. En estos animales, cada tejido – tales como músculos, nervios o piel – tiene su propio conjunto de células que sólo hacen los diferentes tipos de células en ese tejido particular. En otras palabras, una célula madre del músculo no puede hacer la piel y células de la piel no pueden hacer el músculo. Estas células madre multipotentes de tejido específico, son probablemente muy similares a las células madre de nuestro propio cuerpo que renuevan tejidos como piel o músculo. ¿Por qué pueden tales células regenerar una extremidad entera en la salamandra, pero sólo reparar el daño en un solo tejido en nuestros cuerpos? Esta es otra pregunta que los científicos están trabajando ahora
As well as using stem cells, regeneration can work by causing differentiated cells that had stopped dividing to ‘go back’ to dividing and multiplying in order to replace the lost tissue. This has recently been shown to happen in heart regeneration in zebrafish, where a heart muscle cell called the cardiomyocyte divides to replenish missing cardiac tissue. This regenerative phenomenon has also been found in newly born mouse hearts, but is rapidly lost as the mice mature. More research is needed to understand how differentiated cells can be made to divide and produce new heart tissue, and why this capacity is lost in humans.
Definiendo las propiedades de las células madre que regeneran complejas partes del cuerpo, los científicos están aprendiendo cómo una lesión hace que estas células madre regeneren la parte que falta en vez de simplemente formar tejido cicatricial. Futuras investigaciones puede que hagan posible aplicar este conocimiento en nuevos tipos de tratamientos médicos.
Células madre pluripotentes
¿En que se parecen las células madre pluripotentes de planaria a las células madre embrionarias o células madre pluripotentes inducidas? Estudiando la planaria tal vez consigamos entender cómo controlar las células madre embrionarias humanas para que puedan reemplazar partes de nuestro cuerpo.
Células madre de tejido
Las salamandras y las ranas usan células madre de tejido que puede que sean muy parecidas a las nuestras, así que ¿por qué pueden regenerar una extremidad entera mientras que nosotros formamos cicatrices? La investigación del momento indica que los animales regenerativos mantienen una especie de mapa dentro de sus tejidos adultos, que dicta a las células dónde están y lo que deberían ser. Las partes de este mapa se han perdido en los mamíferos, o tal vez nuestras células han perdido la capacidad para leer el mapa. Los investigadores esperan descubrir exactamente que es lo que falta o está bloqueado en los mamíferos, y si dicha información puede ser reinstaurada en células madres para dirigirlas a tomar parte en regeneración y poderlo usar en aplicaciones médicas.
Células diferenciadas
¿Podemos hacer que células adultas y diferenciadas como las del músculo del corazón comiencen a dividirse nuevamente, como lo hacen las del pez cebra? Será importante averiguar por qué las células del corazón pierden esta capacidad, y averiguar si puede ser restauradas.
Esta hoja informativa fue creada for Elly Tanaka.
Traducida al castellano por Isabel Martín Caballero.
Imagen de planaria por Peter Reddien. Imagen de salamandra en el panel de la derecha por Orizatriz. El resto de imagines de salamandra y todos los diagramas por Elly Tanaka.