CéLulas Madre!!

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Para que no les mientan... Jamás debemos de dejar de aprender... Me molestan los que se aprovechan de los demas!!!

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CéLulas Madre!!

  1. 1. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICO FELIPE PRÓSPER*Y CATHERINE M. VERFAILLIE** *Servicio de Hematología y Área de Terapia Celular. Clínica Universitaria. Universidad de Navarra. Pamplona (España). **Professor of Medicine. Director, Stem Cell Institute, University of Minnesota. Minneapolis, MN (EEUU).Introducción Sin embargo, la capacidad de regenerar teji- dos en organismos adultos, e incluso de re- Las primeras evidencias científicas de que generar organismos completos, como en elen el organismo adulto existen células madre caso de planarias, se conoce desde muchoproviene de experimentos realizados por Till antes. Clínicamente, hemos explotado la po-y McCulloch a finales de los años 50 centra- tencialidad de las células madre adultas,dos en las células madre hematopoyéticas. concretamente de las células madre hemato- poyéticas, desde hace mas de 50 años, y po-* Felipe Prosper es Profesor Adjunto de la Universidad de Na- demos afirmar que gracias al trasplante devarra y Director del Área de Terapia Celular de la Clínica Uni- médula ósea (trasplante de células madreversitaria. Su trabajo está centrado en la utilización de las cé- hematopoyéticas) miles de pacientes han po-lulas madre adultas en el campo de la regeneración cardíaca. dido ser curados de enfermedades de otraAutor de mas de 60 artículos en revistas internacionales, per-tenece al consejo editorial de prestigiosas revistas y socieda- forma incurables.des científicas. El interés por la utilización de las células** Catherine Verfaillie es en la actualidad Profesora de Medici- madre, o troncales, sin embargo, ha crecidona del Departamento de Hematología, Oncología y Trasplantey la Directora del Stem Cell Institute. En los últimos años sus de forma exponencial en los últimos años atrabajos se han centrado en el estudio de las células madre raíz de la identificación, caracterización yadultas. Sus descubrimientos en este campo han permitido es- aislamiento de las células madre embrio-tablecer la existencia en la médula ósea adulta de células ma-dre pluripotenciales, con la misma capacidad proliferativa y narias humanas1 y de las expectativas, de al-diferenciadora que las células madre embrionarias. Es autora guna forma prematuras, de que las célulasde mas de 150 artículos en revistas internacionales y editora madre podrían ser capaces de curar innume-de numerosos libros. Ha merecido el reconocimiento de presti- rables enfermedades (enfermedades neuro-giosas Sociedades Científicas y forma parte de los consejoseditoriales de prestigiosas revistas y de los consejos científicos degenerativas, cardíacas, endocrinológicas,de organismos de investigación internacionales. etc.) gracias a su enorme potencial de dife- 7
  2. 2. INVESTIGACIÓN CON CÉLULAS TRONCALESrenciación. Desgraciadamente, el debate investigación seria y continuada podrá con-científico sobre las aplicaciones terapéuticas tribuir a medio o largo plazo a determinar lade las células madre, adultas o embrionarias, utilidad terapéutica real de las células madrese ha transformado en un debate político y adultas o embrionarias.mediático, en detrimento del ambiente nece-sario que facilite el progreso científico. A lo largo de esta monografía, otros auto- Características de las células madreres abordarán aspectos éticos y legales de lascélulas madre. Nosotros nos vamos a limitar Una célula madre o troncal es la que esa exponer algunos aspectos sobre las células capaz de dividirse indefinidamente y dife-madre adultas, sus orígenes en el organismo renciarse a distintos tipos de células especia-adulto y sus posibles aplicaciones, actuales y lizadas, no sólo morfológicamente sino tam-futuras. Antes de continuar, sí queremos ha- bién de forma funcional (fig. 1). Las célulascer tres comentarios: por razones obvias, en madre se pueden clasificar según su poten-esta revisión no podemos ser exhaustivos, cial de diferenciación: las células madre toti-por lo cual pedimos disculpas al lector y a potenciales son capaces de producir tejidoaquellos autores cuyos trabajos omitimos embrionario y extraembrionario; las célulaspor limitaciones de espacio; en segundo lu- madre pluripotenciales tienen la capacidadgar, debido al enorme impulso que esta área de diferenciarse a tejidos procedentes dede la biomedicina tiene en la actualidad, con cualquiera de las tres capas embrionarias y,seguridad algunos de los conceptos y afir- por último, las células madre multipotencia-maciones que hagamos en estas páginas ha- les son capaces de diferenciarse a distintosbrán quedado obsoletos en el momento de tipos celulares procedentes de la misma capasu publicación, por lo que nos gustaría que embrionaria.este capítulo sirviera más de guía para aque- Tradicionalmente se ha considerado a lasllas personas interesadas en iniciarse en el células madre embrionarias como célulascampo de las células madre; por último, y pluripotenciales, a diferencia de las célulasquizá sea el mensaje más importante que madre adultas que se han caracterizado sóloqueremos transmitir, a pesar de las enormes como multipotenciales. Sin embargo, traba-perspectivas que existen en relación con las jos publicados recientemente sugieren que lacélulas madre, es esencial que seamos capa- potencialidad de algunos tipos de célulasces de transmitir un sentimiento de pruden- madre adultas podría ser mayor de la espe-cia y de paciencia a nuestros enfermos y co- rada, de manera que existen células tronca-legas: las células madre pueden llegar a les pluripotenciales en algunos órganoscontribuir al tratamiento de distintas enfer- adultos con capacidad de diferenciarse en te-medades, pero no se espera que estos avan- jidos derivados de cualquiera de las capasces se consigan a corto plazo. Solamente la embrionarias2. Es importante destacar que 8
  3. 3. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICO FIGURA 1. Modelo jerárquico de las células madre de acuerdo con su potencial (véase texto). Blastocisto Cigoto Mórula Cuerpos embrioides Masa celular interna Células madre Células madre totipotenciales pluripotenciales Células madre multipotenciales Células madre somáticas Células madre germinales Ectodermo Endodermo MesodermoNeuroesferas Piel Hígado Gastrointestinal Médula ósea Músculo Neuronas Epidermis Células Conductos Células madre Células madre Células Glía Dermis ovales pancreáticos hematopoyéticas mesenquimales satélite Hepatocitos Ácinos Neutrófilos Condroblastos Mioblastos Conductos biliares pancreáticos Plaquetas osteoblastos Miofibras Criptas celulares Eritrocitos Adipocitospara que una célula madre pueda considerar- que cumpla todos estos criterios de formase pluripotencial tiene que cumplir las si- estricta por lo que se refiere a las células ma-guientes condiciones: en primer lugar, una dre adultas, aunque algunos trabajos indicanúnica célula debe ser capaz de diferenciarse de manera bastante evidente la posible exis-a células especializadas procedentes de cual- tencia de células madre adultas pluripoten-quier capa embrionaria; en segundo lugar, ciales2.demostrar la funcionalidad in vitro e in vivo Las células madre presentan una serie dede las células diferenciadas y, finalmente, características que permiten identificarlas,que se produzca un asentamiento claro y como es la expresión de ciertos marcadorespersistente de estas células en el tejido dia- en la superficie celular, la expresión de fac-na, tanto en presencia como en ausencia de tores transcripcionales, receptores de facto-daño en los tejidos en los cuales se injerta. res de crecimiento, o la misma producción deEn estos momentos no existe ningún estudio ciertas sustancias. Mientras que hay ciertas 9
  4. 4. INVESTIGACIÓN CON CÉLULAS TRONCALEScaracterísticas que son comunes a distintos brionarias, siendo el caso más típico el de lastipos de células madre, en general, las célu- células madre hematopoyéticas, capaces delas madre de distintos tejidos poseen carac- diferenciarse a hepatocitos4, músculo cardía-terísticas específicas que permiten distin- co5, endotelio o a tejidos derivados de lasguirlas. Algunos trabajos recientes han tres capas embrionarias6.tratado de determinar cuáles son los perfilesde expresión de genes, a nivel molecular,que permiten identificar las células madre, Células madre de la médula óseautilizando tecnologías como los «arrays» deexpresión, y diferenciar células madre de cé- Se han descrito diferentes tipos de célulaslulas progenitoras, con menor potencialidad3. madre en la médula ósea: hematopoyéticasAunque no hemos hecho más que empezar a (HSC), mesenquimales (MSC)7, las llamadasutilizar estas herramientas, sin duda en el «Side Population Cells» (SP)8 y recientemen-futuro nos permitirán determinar qué genes te las células progenitoras adultas multipo-son los responsables de mantener las células tenciales o MAPC9.madre en su estado de indiferenciación y quéseñales son capaces de inducir la prolifera- Células madre hematopoyéticas (HSC)ción y diferenciación de estas células madre,y de generar así enormes posibilidades tera- Las HSC han sido identificadas tanto inpéuticas. vitro como in vivo por varios laboratorios y se vienen utilizando clínicamente desde hace más de 50 años. El trasplante alogénico deFuentes de células madre adultas progenitores hematopoyéticos ha demostra- do definitivamente que existen células madre Es cada vez más evidente que el concepto multipotenciales hematopoyéticas en la mé-clásico de que sólo existen células madre en dula ósea y en la sangre periférica. Hay nu-algunos tejidos adultos es incorrecta. La merosos estudios que han permitido identifi-existencia de células madre adultas en la car las HSC en modelos murinos, como lasmayor parte de los tejidos adultos, incluidos células que expresan los marcadores Sca-1,el hematopoyético, neuronal, epidérmico, Thy-1, c-Kit y no expresan marcadores espe-gastrointestinal, músculo esquelético, mús- cíficos de linaje (Lin-). Estudios de repobla-culo cardíaco, hígado, páncreas o pulmón, no ción han demostrado que estas células con-admite controversia. A su vez, cada vez es tribuyen en un modelo de trasplante a lamás evidente que las células madre adultas reconstitución de todas las líneas celularesderivadas de estos órganos no sólo pueden hematopoyéticas. También se han aisladogenerar células maduras de dicho tejido, sino células madre hematopoyéticas en humanostambién tejidos derivados de otras capas em- a partir de médula ósea, cordón umbilical, 10
  5. 5. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICOsangre periférica o hígado fetal. En general, angiogénesis y la vasculogénesis. En mode-la ausencia de expresión de marcadores de los de isquemia periférica, los progenitoreslínea (Lin-), CD38-, c-kitlo, Thy-1+ y la ex- endoteliales son movilizados desde la médulapresión de CD34 se ha asociado a poblacio- ósea y contribuyen a la neoangiogénesis.nes enriquecidas en HSC, aunque no se ha Asimismo, en un modelo de isquemia cardía-podido identificar los marcadores específicos ca en rata, las poblaciones de células CD34+,de la célula madre hematopoyética multipo- CD117bright, AC133+, VEGFR2+ contribuyen atencial. reparar el miocardio dañado gracias a su ca- Independientemente del potencial hemato- pacidad de mejorar la vasculogénesis11.poyético, trabajos recientes indican que las Uno de los aspectos más controvertidos enHSC pueden ser, en determinadas circunstan- cuanto a la potencialidad de las HSC es sucias, más potentes de lo esperado, es decir, capacidad para diferenciarse a células mus-diferenciarse hacia tejidos derivados de dis- culares cardíacas. En un modelo murino detintas capas embrionarias. Las células madre infarto agudo de miocardio, el grupo de Orlichematopoyéticas de médula ósea y de sangre y Anversa demostraron que la inyección deperiférica son capaces de contribuir a la an- células de médula ósea Lin- y c-kit+ (fenotipogiogénesis y vasculogénesis in vivo, de tal de marcadores de superficie típico de HSC)forma que las células CD34+ no sólo contie- en el corazón dañado daba como resultado lanen progenitores hematopoyéticos sino tam- colonización de estas células en más de labién células progenitoras endoteliales. Hoy mitad del área infartada5. Estas HSC adqui-día hay abundantes pruebas de que existe un rieron un fenotipo característico de célulasprogenitor común endotelial y hematopoyéti- de miocardio y endoteliales y contribuyeronco (hemangioblasto). De igual forma que a la mejoría y supervivencia de los animales.ocurre con las HSC, las células madre endote- Sin embargo, en estudios posteriores utili-liales o angioblastos pueden ser movilizadas zando el mismo modelo, no ha sido posiblea la sangre periférica mediante factores de reproducir estos hallazgos y no se han en-crecimiento o situaciones de estrés. Se carac- contrado pruebas claras de transdiferencia-terizan por la expresión de marcadores de su- ción12. Como en otras ocasiones, es necesarioperficie como AC133 y VEGFR-2, marcadores que se realicen nuevos estudios antes de queque también expresan las HSC y que apoyan efectivamente podamos demostrar la exis-nuevamente la relación entre ambos tipos de tencia o no de esta capacidad por parte de lascélulas madre10. Tanto las HSC como las célu- HSC de transdiferenciarse a células muscula-las madre endoteliales son capaces, en mode- res cardíacas.los experimentales de isquemia, de contribuir Otra de las potencialidades atribuidas aa regenerar las estructuras vasculares daña- las HSC es su capacidad para diferenciarsedas, gracias a su capacidad de diferenciarse a en hepatocitos. Basándose en que las célu-células endoteliales maduras, favoreciendo la las ovales (células madre hepáticas) expre- 11
  6. 6. INVESTIGACIÓN CON CÉLULAS TRONCALESsan marcadores de superficie tradicional- matopoyética contribuya de forma robusta ymente asociados a HSC (c-kit, flt-3, Thy-1 y funcional a la regeneración de un tejido dis-CD34), se ha sugerido que éstas podrían di- tinto del hematopoyético y, por tanto, enferenciarse a células ovales y hepatocitos. El sentido estricto no cumple los criterios nece-grupo de Lagasse y colaboradores ha de- sarios para hablar de versatilidad. Cada unomostrado que células madre hematopoyéti- de los trabajos mencionados puede ser criti-cas de médula ósea con el fenotipo Lin-, c- cado en este sentido. Sin embargo, si toma-kit+, Thy-1, Sca-1 son capaces de regenerar mos los estudios de forma conjunta, sí queel hígado en un modelo de daño hepático aportan pruebas de la existencia de HSC confulminante4, mientras que utilizando mode- estas características y potencialidades.los de quimerismo en pacientes sometidos atrasplantes de médula ósea o de hígado y Células madre mesenquimalesaprovechando la posibilidad de utilizar elcromosoma Y como marcador del origen de La médula ósea contiene asimismo célulasla célula, también se ha podido demostrar madre mesenquimales, también denomina-que un porcentaje de hepatocitos proviene das células madre estromales o MSC. En losde células madre de origen no hepático13. últimos años se han descrito distintos mar-Nuevamente, la capacidad transdiferencia- cadores de superficie que han permitidodora de las HSC a hepatocitos ha sido cues- identificar y aislar células MSC, tales comotionada por estudios recientes. Estudios en SH2, SH3, CD29, CD44, CD71, CD90 yun modelo murino de tirosinemia heredita- CD106. Múltiples estudios han demostradoria sugieren que la capacidad de las HSC de in vitro e in vivo que las MSC son capaces decontribuir a la regeneración hepática está diferenciarse a tejidos mesodérmicos comojustificada principalmente por la existencia osteoblastos, condroblastos, adipocitos yde fenómenos de fusión celular entre las mioblastos esqueléticos7.HSC y los hepatocitos y no realmente por el Varios grupos afirman haber conseguidohecho de que las HSC sean capaces de dife- diferenciar MSC a células derivadas del neu-renciarse a hepatocitos14. roectodermo basándose en la adquisición de El potencial de las HSC para adquirir ca- ciertos marcadores de origen neuronal porracterísticas de músculo esquelético, neuro- parte de dichas células cuando son someti-nas adultas así como células de la glía, y de das a sistemas de cultivo específicos. Sincontribuir a otros tejidos como el epitelio embargo, no se ha podido demostrar que es-pulmonar, gastrointestinal, renal o la piel se tas células adquieran características funcio-han descrito recientemente15. Sin embargo, a nales similares a las de las neuronas o laspesar de todos estos esfuerzos, ninguno de células de la glía. A pesar de su probadalos estudios publicados hasta el momento multipotencialidad mesodérmica y de su ha-demuestra que una única célula madre he- bilidad para diferenciarse a neuroectodermo, 12
  7. 7. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICOlas MSC no se diferencian a tejido derivado sin un aparente envejecimiento, no expresandel endodermo y, por tanto, no se pueden CD34, CD44, MHC I, MHC II, CD45 y c-kit; ex-considerar células madre pluripotenciales. presan niveles bajos de Flk-1, Sca-1 y Thy-1Las MSC constituyen un modelo muy útil en y altos de CD13, SSEA-1 (ratón/rata) y SSEA-aplicaciones clínicas para diferentes enfer- 4 (humano). Al igual que en las células ma-medades, tanto en terapia regenerativa como dre embrionarias, en las MAPC se detecta laen terapia génica. activación de los factores de transcripción Oct- 4 y Rex-1, factores que son necesarios paraCélulas «side population» mantener la célula en un estado proliferativo e indiferenciado. In vitro, las MAPC se dife- Las llamadas «side population cells (SP)» rencian a tejidos derivados del mesodermohan sido aisladas tanto a partir de médula como hueso, cartílago, adipocitos, músculoósea como de músculo utilizando técnicas de esquelético, estroma hematopoyético o endo-citometría de flujo (FACS) basándose en su telio, hepatocitos, neuronas, astrocitos y oli-capacidad para excluir el colorante fluorescen- godendrocitos no sólo fenotípicamente sinote Hoescht 33342. Se sabe que las SP son ca- también funcionalmente.paces de diferenciarse a HSC en humanos, ro-edores y otras especies8. Además, algunosestudios describen que las SP podrían dar lu- Otras fuentes de células madre adultasgar a otros tipos de células especializadas e in-tegrarse en distintos tejidos in vivo. Así, el Como ya hemos comentado, la existenciagrupo de Jackson y cols. demostró en 1999 de células madre en diferentes tejidos comoque las SP podían diferenciarse a células con sistema nervioso central, hígado, corazón,características de músculo cardíaco y endotelio piel, músculo no admite controversia. La vi-en un modelo murino de infarto de miocardio. sión tradicional de que órganos como el co- razón o el sistema nervioso central no sonCélulas adultas progenitoras capaces de regenerarse, ya que carecen demultipotenciales (MAPC) células con potencial de proliferar y diferen- ciarse, ha quedado claramente obsoleta, de Esta población celular de la médula ósea ha tal forma que cada vez más se describen cé-sido descrita recientemente por nuestro lulas madre en distintos tejidos con capaci-grupo2 como auténticas células pluripotencia- dad pluripotencial.les con una capacidad diferenciadora muy si-milar a la de las células madre embrionarias. Células madre neuralesLas MAPC han sido aisladas a partir de mé-dula humana y de ratón; son capaces de proli- La existencia de células madre neuralesferar in vitro más de 120 divisiones celulares en el sistema nervioso central se dedujo a 13
  8. 8. INVESTIGACIÓN CON CÉLULAS TRONCALESpartir de los hallazgos de que en algunas re- rismo no sólo en el tejido neuronal, sinogiones del cerebro murino, tales como el hi- también en tejidos del mesodermo y del en-pocampo y el bulbo olfatorio, se producían dodermo. Cuando estas mismas neuroesferasneuronas maduras a lo largo de la vida de fueron inyectadas dentro de un blastocistolos animales. Sin embargo, no fue hasta los de ratón, la contribución se extendió al siste-años 90 cuando se pudo demostrar la pre- ma nervioso central, corazón, hígado, intes-sencia de células madre neurales multipoten- tino y otros tejidos. Las células madre neura-ciales en cultivo. Las células madre neurales les poseen también la capacidad in vitro deen cultivo forman estructuras denominadas diferenciarse en células endoteliales en au-neuroesferas y representan agregados de cé- sencia de fusiones celulares y por tanto de-lulas heterogéneas con células capaces de mostrando un grado de versatilidad impor-autorrenovarse y de diferenciarse tanto a tante.neuronas maduras, como a astrocitos y glía.Las áreas neurogénicas fundamentales son Células madre de músculola zona subventricular (SVZ), el bulbo olfa-torio y el hipocampo16, habiéndose identifi- Las células madre del músculo puedencado en el cerebro humano las células madre identificarse de forma prospectiva. Se cono-neurales como una subpoblación de astroci- cen como células satélite y, aunque normal-tos presentes en la zona subventricular. Los mente se encuentran en estado quiescente,estudios in vivo en modelos experimentales cuando se produce un daño muscular sonhan demostrado que las células madre neu- capaces de proliferar y diferenciarse con elrales o neuroesferas, al ser trasplantadas en objetivo de reponer las fibras dañadas17. Sudiferentes regiones del cerebro, son capaces potencial está limitado a la producción dede adoptar las características del nuevo mi- nuevas fibras musculares, aunque algunoscroambiente e integrarse con el resto de cé- estudios recientes sugieren que en situacio-lulas. nes experimentales concretas este potencial Aunque no se ha podido demostrar de pudiera ser superior, de manera que daríanforma contundente, existen estudios que su- lugar a otros tipos de tejidos, como célulasgieren que las células madre neurales podrí- hematopoyéticas.an poseer un potencial mayor del que inicial- Además, es posible identificar en el mús-mente cabía esperar. El grupo de Clarke y culo esquelético otros tipos de células madrecols. publicó recientemente un estudio en el basándose en su capacidad de adhesión yque células madre neurales o neuroesferas proliferación y que se han denominadoprocedentes de un ratón transgénico para el MDSC (muscle derived stem cells). La poten-gen reportero LacZ fueron trasplantadas a cialidad de estas células es muy superior a laembriones de ratón. Aproximadamente el de las clásicas células satélite, ya que pueden25% de los embriones presentaban quime- mantenerse en cultivo durante más de 60 di- 14
  9. 9. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICOvisiones celulares sin anormalidades cromo- centaje de las células con característicassómicas, y son capaces de diferenciarse in morfológicas neuronales o mesodérmicas esvitro e in vivo a endotelio, músculo y células inferior al 10%.del linaje neuronal18. Células madre cardíacasCélulas madre epidérmicas Trabajos recientes sugieren que es posible La epidermis humana está constituida por aislar en el músculo cardíaco células madremúltiples capas de queratinocitos. En su multipotenciales capaces de diferenciarse incapa basal se localizan dos tipos de querati- vitro e in vivo a cualquiera de los tejidos ne-nocitos con capacidad proliferativa: células cesarios para reconstituir un corazón daña-madre epidérmicas con una capacidad proli- do, esto es, endotelio, músculo liso y múscu-ferativa ilimitada y células amplificadoras lo cardíaco20. Incluso más sorprendente es eltransitorias o TAC, con una capacidad proli- hecho de que dichas células son fácilmenteferativa más limitada. Es posible identificar identificables en el corazón gracias a la ex-las células madre epidérmicas, y se conocen presión de c-kit junto con la ausencia de ex-con bastante precisión los mecanismos que presión de marcadores específicos de línearegulan la proliferación y diferenciación de (c-kit+ Lin-). Si estos resultados llegan a serlas células madre de la epidermis. El poten- reproducidos por otros grupos tanto en ani-cial está, sin embargo, bastante restringido a males como en humanos, las perspectivas te-producir células epidérmicas (queratinocitos rapéuticas serán extraordinarias.y melanocitos)19. De la epidermis humana y murina se han Células madre cornealesaislado células madre con capacidad de dife-renciarse a células especializadas proceden- Las células madre corneales se encuentrantes de dos capas embrionarias distintas. Es- en la región del limbo corneal. Estas células,tas células pueden mantenerse en cultivo que se encuentran en la zona de transicióndurante más de 12 meses sin diferenciarse, y entre la córnea y la esclerótica, tienen todaspuede inducirse diferenciación in vitro a las características de las células madre, yaneuroectodermo (neuronas y células de la que poseen una gran capacidad de renova-glía) o a linajes mesodérmicos (adipocitos y ción, que se mantiene a lo largo de la vida, ymúsculo liso). Su potencial de diferenciación son capaces de originar células hijas quea tejidos derivados del ectodermo y mesoder- pueden sufrir un proceso de diferenciaciónmo ha sido demostrado a nivel clonal, pero terminal a células especializadas. Sin embar-no existen pruebas de una multipotenciali- go, no se ha podido demostrar que estas cé-dad in vivo y tampoco que los tejidos dife- lulas sean pluripotentes y parece que sólorenciados sean funcionales. Además, el por- dan lugar a células del epitelio corneal y con- 15
  10. 10. INVESTIGACIÓN CON CÉLULAS TRONCALESjuntival. Actualmente no existe un marcador En sentido amplio se ha utilizado la tera-biológico definitivo de las células madre del pia celular en el tratamiento de la diabeteslimbo corneal, aunque se han propuesto va- (trasplante de islotes pancreáticos), en trau-rios, como la alfa-enolasa y, más reciente- matología (lesiones óseas y articulares), enmente, el factor de transcripción p63, aun- enfermedades neurológicas (trasplante deque ciertamente estos antígenos pueden neuronas dopaminérgicas fetales en la enfer-aparecer en otras células. medad de Parkinson), en lesiones corneales (trasplante de limbo), en enfermedades he- páticas (trasplante de hepatocitos) o en en-Aplicaciones clínicas de terapia celular fermedades dermatológicas (trasplante decon células madre adultas melanocitos en el vitíligo). Aunque los avances en el campo de lascélulas madre en los últimos años han sido Terapia celular en endocrinologíaenormes, las aplicaciones clínicas de la tera-pia celular con células madre son en la ac- Recientemente, los resultados positivostualidad bastante escasas y, en cualquier obtenidos mediante el trasplante de islotescaso, limitadas a la realización de ensayos pancreáticos en pacientes diabéticos ha in-clínicos y estudios de investigación. El hecho crementado el interés por utilizar célulasde que las células madre embrionarias pro- capaces de producir insulina. Mientras queduzcan tumores, junto con el hecho de que el escaso número de islotes y la imposibili-están limitadas por problemas de rechazo, dad de expandir dichas células in vitro im-ha hecho que hasta el momento únicamente pide que el trasplante de islotes de cadáverse hayan iniciado estudios clínicos con célu- sea utilizable en un número importante delas madre adultas. Las aplicaciones de las pacientes, la posibilidad de utilizar célulascélulas madre las podemos dividir en dos madre con capacidad de diferenciarse en cé-grupos principales: en primer lugar, su po- lulas productoras de insulina se plantearíatencial de diferenciación permitiría utilizarlas como una estrategia mucho más atractiva21.para regenerar tejidos destruidos o dañados, Aunque hasta el momento no ha sido po-como ocurre en el caso de las enfermedades sible caracterizar la célula madre pancreática,neurodegenerativas, la diabetes o la patolo- distintos estudios sugieren el potencial degía cardíaca; en segundo lugar, las células células obtenidas a partir de hígado, conduc-madre podrían ser empleadas como vehículo tos pancreáticos o islotes pancreáticos, o in-terapéutico de genes, por ejemplo en el caso cluso células de médula ósea para producirde enfermedades monogénicas como la he- células secretoras de insulina22. En cualquiermofilia o incluso como vehículo de terapias caso, una de las principales limitaciones conantitumorales o antiangiogénicas. cualquiera de los tipos celulares descritos es 16
  11. 11. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICOque el porcentaje de células secretoras de in- to curativo para esta enfermedad incapacitan-sulina que se pueden obtener es muy peque- te, por lo que la posibilidad de utilizar célulasño, lo cual limita su aplicación terapéutica. A madre para restablecer las conexiones axona-pesar del enorme interés en esta área de in- les aparece como una estrategia especialmentevestigación, no existe ningún estudio clínico atractiva. Estudios recientes sugieren que laspublicado utilizando células madre en pa- células madre embrionarias poseen la capaci-cientes con diabetes tipo I, aunque las expec- dad de diferenciarse a neuronas motoras y fa-tativas sean enormes. cilitar la recuperación motora en animales con lesiones espinales24. Sin embargo, parece que el mecanismo por el que dichas células contri-Terapia celular en enfermedades buyen a restablecer las neuronas motoras es-neurológicas taría relacionado con la liberación de factores de crecimiento que contribuirían al recreci- Las células madre tienen un enorme po- miento de los axones destruidos. Otros tipostencial como células capaces de reconstruir celulares, como las células de la glía envol-las neuronas y estructuras dañadas en en- vente o las células mesenquimales (o estro-fermedades como el Parkinson, la esclerosis males) de la médula ósea, también han de-lateral amiotrófica, la enfermedad de Alzhei- mostrado su capacidad para favorecer elmer, la esclerosis en placas, los infartos cere- recrecimiento de los axones, tal como se habrales o las lesiones medulares, por mencio- demostrado en modelos animales25.nar algunas. En la enfermedad de Parkinson La esclerosis múltiple es una enferme-se han utilizado células de origen fetal en dad neurodegenerativa caracterizada por laensayos clínicos en humanos con resultados degeneración de las células productoras decuanto menos controvertidos23. Estudios in mielina (oligodendrocitos) y que se mani-vitro e in vivo han demostrado que tanto las fiesta por una afectación tanto motoracélulas madre embrionarias como las adultas como sensitiva como consecuencia de la(células madre de médula ósea, células ma- desmielinización de los axones. Se ha ex-dre neurales) son capaces de diferenciarse a plorado en modelos animales la posibilidadneuronas dopaminérgicas. Sin embargo, no de favorecer la formación de mielina me-está claro hasta qué punto dichas células son diante la utilización de células madre capa-capaces de restablecer los circuitos neurona- ces de diferenciarse a oligodendrocitos. Unles destruidos en la EP y por tanto eliminar estudio reciente ha podido demostrar en unlos síntomas de la enfermedad. modelo de esclerosis múltiple en ratón (en- Las lesiones medulares, principalmente se- cefalitis autoinmune experimental) que lacundarias a traumatismos, son una de las inyección de neuroesferas (células madrecausas más frecuentes de patología neurológi- neurales), tanto por vía intravenosa comoca en edades jóvenes. No existe un tratamien- intratecal, promueve la remielinización 17
  12. 12. INVESTIGACIÓN CON CÉLULAS TRONCALESmultifocal. Indudablemente, estos resulta- Terapia celular en enfermedadesdos están muy lejos de justificar la aplica- cardiovascularesción en pacientes en una enfermedad que,aunque incapacitante, tiene una supervi- La utilización de células madre para rege-vencia prolongada26. nerar el músculo cardíaco y los vasos san- Por la gran incidencia y el elevado coste guíneos ha abierto enormes esperanzas paraeconómico y humano que generan, los acci- un número muy importante de pacientes,dentes cerebrovasculares son uno de los ob- siendo éste el campo en el que la experienciajetivos más atractivos para la terapia celular. clínica es mayor. En la actualidad se han pu-Los datos recientes que indican la presencia blicado mas de 10 ensayos clínicos de tera-de un proceso de neurogénesis tras produ- pia celular en pacientes con infarto de mio-cirse una isquemia cerebral han estimulado cardio (IM) e isquemia periféricos.el interés por utilizar células madre para su- En diversos estudios, inicialmente en mo-plementar la regeneración autogénica que se delos experimentales y posteriormente enproduce espontáneamente27. El beneficio de humanos, se han utilizado células madre della terapia celular con células madres podría músculo en pacientes con IM. El primer im-deberse al aporte exógeno de células con ca- plante de mioblastos autogénicos en un pa-pacidad de neurogénesis o de angiogénesis, cientes con un IM se realizó en junio delo debido a la modulación del microambien- 2000 y posteriormente se han publicado unte, estimulando la supervivencia y diferen- total de 5 ensayos clínicos en pacientes conciación de las células residentes en el tejido historia de IM en los que se han implantadodañado. El trasplante de células madre neu- mioblastos autogénicos bien en combinaciónrales en modelos de rata ha demostrado con la cirugía de bypass aortocoronario ociertos beneficios, y de hecho se han reali- bien de forma percutánea endocavitaria29.zado pequeños estudios en humanos utili- Todos estos estudios indican la capacidad dezando neuronas obtenidas a partir de una los mioblastos para implantarse y diferen-línea celular de teratocarcinoma28. Estudios ciarse a células musculares esqueléticas. Sinrealizados en animales sugieren que las cé- embargo, no se ha podido demostrar que laslulas de médula ósea son reclutadas a las células originadas a partir de los mioblastoszonas de infarto cerebral y que contribuyen sean capaces de trasmitir las señales electro-a la mejoría funcional cuando son inyecta- mecánicas derivadas de las células muscula-das focalmente e incluso intravenosamente. res cardiacas o de transdiferenciarse a célu-La inyección de células se asocia a forma- las musculares cardiacas.ción de nuevos vasos, a liberación de facto- También se han utilizado células madreres tróficos, así como a la expresión de mar- derivadas de la médula ósea (células madrecadores neurales por parte de las células endoteliales, células madre hematopoyéticasimplantadas. o células sin seleccionar). Se han utilizado 18
  13. 13. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICOlas vías percutánea, intracavitaria o intra- bocorneales se ve desbordada (o se producemiocárdica, se han implantado células mo- una disminución o ausencia de éstas) y senonucleadas de médula ósea, células enri- origina un daño corneal permanente. Aun-quecidas en progenitores hematopoyéticos o que el trasplante de córnea es una opción, noendoteliales y los resultados se han monito- es eficaz en los casos en los que es necesa-rizado mediante técnicas de imagen y fun- rio restaurar el epitelio corneal. Kenyon yción como resonancia magnética, ecocardio- Tseng, en 1989, fueron los primeros en lle-grafia o tomografía por emisión de posi- var a cabo un autotrasplante de limbo con-trones. Algunos estudios han utilizado pa- juntival.cientes controles con los que comparar los Actualmente el trasplante de estas célulasresultados entre los pacientes que han reci- es una práctica reconocida y se usan célulasbido células y los que no, pero en cualquier del ojo contralateral cuando el daño es en uncaso todos los pacientes han recibido ade- solo ojo y células de un donante cuando elmás de las células tratamientos adicionales e daño es bilateral. Se pueden usar células his-incluso se han publicado los resultados del tocompatibles de un donante vivo, o célulasprimer estudio aleatorizado. En su conjunto no compatibles de donante cadáver. La posi-los resultados de los estudios son positivos, bilidad de expandir ex vivo estas célulascon demostración de que el tratamiento con puede reducir el riesgo de deficiencia de cé-células es capaz, tanto en modelos agudos lulas del limbo del ojo sano o del donante.como crónicos, de mejorar la función cardia- La combinación de células del limbo conca y de contribuir a la mejora funcional de membrana amniótica se utiliza con éxitolos pacientes. En el momento actual se des- para promover una rápida reepitelización deconoce cuál es el o los mecanismos por los la córnea. Es importante conocer la duraciónque las células contribuyen a mejorar la fun- de estos trasplantes celulares en el caso deción cardíaca. los donantes alogénicos, ya que aunque en algunos casos se ha descrito la permanencia prolongada de células epiteliales del donan-Terapia celular en oftalmología te, otros estudios indican que la viabilidad de las células del donante no se mantiene in- En condiciones fisiológicas, las células definidamente.madre del limbo corneal son capaces de su-plir la necesidad de renovación de la córnea.Sin embargo, en algunas situaciones patoló- Terapia celular en traumatologíagicas, como traumatismos, quemaduras, le-siones por sustancias químicas, síndrome de El organismo tiene una importante capaci-Stevens Johnson o penfigoide ocular, la ca- dad de reconstruir los huesos, cartílagos ypacidad de regeneración de las células lim- tendones dañados, gracias a la capacidad re- 19
  14. 14. INVESTIGACIÓN CON CÉLULAS TRONCALESgenerativa de las células progenitoras pre- Conclusionessentes en las estructuras lesionadas. Porahora estamos lejos de conocer el origen y A lo largo de estas páginas hemos tratadocaracterísticas fenotípicas de estas células de presentar una perspectiva general, quizáprogenitoras y los factores que gobiernan la un poco superficial, de lo que la terapia celu-formación y remodelación de los huesos. A lar y las células madre podrían representarpesar de este desconocimiento, se ha podido en el futuro. No tenemos ninguna duda deutilizar células maduras como forma de con- que las posibilidades son enormes, pero, sintribuir a la regeneración de tejidos óseos y embargo, es muy importante que seamoscartilaginosos, y concretamente la utilización conscientes de que estamos todavía muy le-de células de cartílago cultivadas es un ejem- jos de alcanzar el objetivo de utilizar clínica-plo de cómo el autotrasplante de células ma- mente esta nueva herramienta. Este es elduras puede ser un tratamiento eficaz para mensaje más importante que queremos tras-la reparación de la superficie articular. mitir: a pesar de las enormes expectativas Más atractiva resulta la posibilidad de que existen para pacientes con enfermedadesutilizar células madre con capacidad de dife- incurables, es imprescindible eludir el opti-renciarse hacia tejidos de estirpe mesenqui- mismo exagerado y continuar desarrollandomal como el hueso o el cartílago. Las células una investigación de calidad científica quemadre mesenquimales (MSC) pueden obte- nos permita alcanzar nuestros objetivos.nerse a partir de médula ósea, pero tambiénde grasa e incluso de otros tejidos. In vitroson capaces de autorrenovarse y proliferar Referencias bibliográficasextensamente, sin perder su capacidad dediferenciarse hacia osteoblasto, condrocitos, 1. Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Wak-adipocitos o incluso músculo esquelético se- nitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, et al. Embryo- nic stem cell lines derived from human blas-gún las condiciones en las que se cultivan. tocysts. Science 1998;282(5391):1145-7.Estas cualidades han permitido su utiliza- 2. Jiang Y, Vaessen B, Lenvik T, Blackstad M, Reyesción para la reparación de lesiones óseas ex- M, Verfaillie CM. Multipotent progenitor cells can be isolated from postnatal murine bone marrow, mus-tensas normalmente utilizando algún tipo cle, and brain. Exp Hematol 2002;30(8):896- 904.de soporte en la colocación de las células. 3. Phillips RL, Ernst RE, Brunk B, Ivanova N, Ma-Igualmente se han utilizado para tratar de- han MA, Deanehan JK, et al. The genetic program of hematopoietic stem cells. Science 2000;288fectos cartilaginosos y lesiones traumáticas, (5471):1635-40.de forma que pueden sustituir a los injertos 4. Lagasse E, Connors H, Al-Dhalimy M, Reitsmade condrocitos, con la ventaja de su mayor M, Dohse M, Osborne L, et al. Purified hemato-capacidad proliferativa y de supervivencia al poietic stem cells can differentiate into hepatocy- tes in vivo. Nat Med 2000;6(11):1229-34.no tratarse de células maduras sino de pro- 5. Orlic D, Kajstura J, Chimenti S, Jakoniuk I, An-genitoras. derson SM, Li B, et al. Bone marrow cells regene- 20
  15. 15. CÉLULAS MADRE ADULTAS: FUENTES, CARACTERÍSTICAS Y PERSPECTIVAS SOBRE SU USO TERAPÉUTICO rate infarcted myocardium. Nature 2001;410(6829): 17. Seale P, Rudnicki MA. A new look at the origin, 701-5. function, and «stem-cell» status of muscle satelli- 6. Krause DS, Theise ND, Collector MI, Henegariu O, te cells. Dev Biol 2000;218(2):115-24. Hwang S, Gardner R, et al. Multi-organ, multi-li- 18. Qu-Petersen Z, Deasy B, Jankowski R, Ikezawa neage engraftment by a single bone marrow-de- M, Cummins J, Pruchnic R, et al. Identification of rived stem cell. Cell 2001;105(3):369-77. a novel population of muscle stem cells in mice: 7. Pittenger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, potential for muscle regeneration. J Cell Biol Douglas R, Mosca JD, et al. Multilineage potential 2002;157(5):851-64. of adult human mesenchymal stem cells. Science 19. Janes SM, Lowell S, Hutter C. Epidermal stem 1999;284(5411):143-7. cells. J Pathol 2002;197(4):479-91. 8. Asakura A, Seale P, Girgis-Gabardo A, Rudnicki 20. Beltrami AP, Barlucchi L, Torella D, Baker M, Li- MA. Myogenic specification of side population mana F, Chimenti S, et al. Adult cardiac stem cells in skeletal muscle. J Cell Biol 2002;159(1): cells are multipotent and support myocardial re- 123-34. generation. Cell 2003;114(6):763-76. 9. Jiang Y, Jahagirdar BN, Reinhardt RL, Schwartz 21. Efrat S. Cell replacement therapy for type 1 dia- RE, Keene CD, Ortiz-Gonzalez XR, et al. Pluripo- betes. Trends Mol Med 2002;8(7):334-39. tency of mesenchymal stem cells derived from 22. Hess D, Li L, Martin M, Sakano S, Hill D, Strutt adult marrow. Nature 2002;418(6893):41-9. B, et al. Bone marrow-derived stem cells initiate10. Asahara T, Masuda H, Takahashi T, Kalka C, Pas- pancreatic regeneration. Nat Biotechnol 2003;21 tore C, Silver M, et al. Bone marrow origin of en- (7):763-70. dothelial progenitor cells responsible for postnatal 23. Dunnett SB, Bjorklund A, Lindvall O. Cell therapy vasculogenesis in physiological and pathological in Parkinson’s disease - stop or go? Nat Rev neovascularization. Circ Res 1999;85(3): 221-8. Neurosci 2001;2(5):365-9.11. Kocher AA, Schuster MD, Szabolcs MJ, Takuma 24. Kerr DA, Llado J, Shamblott MJ, Maragakis NJ, S, Burkhoff D, Wang J, et al. Neovascularization Irani DN, Crawford TO, et al. Human embryonic of ischemic myocardium by human bone-ma- germ cell derivatives facilitate motor recovery of rrow-derived angioblasts prevents cardiomyocyte rats with diffuse motor neuron injury. J Neurosci apoptosis, reduces remodeling and improves car- 2003;23(12):5131-40. diac function. Nat Med 2001;7(4):430-6. 25. Ramon-Cueto A, Cordero MI, Santos-Benito FF,12. Balsam LB, Wagers AJ, Christensen JL, Kofidis T, Avila J. Functional recovery of paraplegic rats Weissman IL, Robbins RC. Haematopoietic stem and motor axon regeneration in their spinal cells adopt mature haematopoietic fates in ischae- cords by olfactory ensheathing glia. Neuron mic myocardium. Nature 2004;428(6983):668-73. 2000;25(2):425-35.13. Korbling M, Katz RL, Khanna A, Ruifrok AC, 26. Pluchino S, Quattrini A, Brambilla E, Gritti A, Sa- Rondon G, Albitar M, et al. Hepatocytes and epit- lani G, Dina G, et al. Injection of adult neurosphe- helial cells of donor origin in recipients of perip- res induces recovery in a chronic model of multi- heral-blood stem cells. N Engl J Med 2002;346 ple sclerosis. Nature 2003;422(6933):688-94. (10):738-46. 27. Arvidsson A, Collin T, Kirik D, Kokaia Z, Lindvall14. Wang X, Willenbring H, Akkari Y, Torimaru Y, O. Neuronal replacement from endogenous pre- Foster M, Al-Dhalimy M, et al. Cell fusion is the cursors in the adult brain after stroke. Nat Med principal source of bone-marrow-derived hepa- 2002;8(9):963-70. tocytes. Nature 2003. 28. Nelson PT, Kondziolka D, Wechsler L, Goldstein15. Martin-Rendon E, Watt SM. Stem cell plasticity. S, Gebel J, DeCesare S, et al. Clonal human (hNT) Br J Haematol 2003;122(6):877-91. neuron grafts for stroke therapy: neuropathology16. Doetsch F, Caille I, Lim DA, Garcia-Verdugo JM, in a patient 27 months after implantation. Am J Alvarez-Buylla A. Subventricular zone astrocytes Pathol 2002;160(4):1201-6. are neural stem cells in the adult mammalian 29. Herreros J, Prosper F, Perez A, Gavira JJ, Garcia- brain. Cell 1999;97(6):703-16. Velloso MJ, Barba J, et al. Autologous intramyo- 21
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