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Las ilimitadas posibilidades de las células madre

Célula madre iPSCLa investigación de las células madre ha evolucionado enormemente en los últimos años. Por ejemplo, a partir de células madre se ha desarrollado un hígado humano; se ha demostrado que puede revertir la ceguera; se han desarrollando metodologías para tratar problemas cardíacos y para reparar daños odontológicos, por nombrar algunos progresos.

Las células madre constituyen un avance importantísimo en la ciencia médica porque poseen una extraordinaria capacidad regenerativa de reponer cualquier tipo de célula o tejido en el organismo, lo que las convierte en una indiscutible herramienta terapéutica para el futuro. Pero, todavía queda mucho trabajo de investigación por hacer – lo que incluye superar la baja eficiencia del proceso y la seguridad en el largo plazo – para que la aplicación de la medicina regenerativa o reparadora se convierta en un instrumento del día a día.

Científicos del Reino Unido, en una publicación en la revista Nature Biotecnology, mostraron la posibilidad de revertir la ceguera en ratones con células madre. La ceguera irreversible causada por la pérdida de fotoreceptores fue tratada mediante el trasplante de células madre embrionarias, tratadas in vitro para originar células derivadas de fotoreceptores, que se integraron funcionalmente al ojo y la visión pudo ser recuperada. El Dr. Robin Ali, autor del trabajo, comentó: “una verdadera prueba del concepto que supone que los fotorreceptores derivados de células madre de un embrión pueden ser trasplantados, lo que indica una hoja de ruta para hacerlo en humanos”. El ojo es un sistema idóneo para la aplicación terapéutica de las células madre y es uno de los campos donde más se ha adelantado en esta área de investigación. En los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (NIH) se están llevando a cabo estudios clínicos en humanos para tratar la distrofia o degeneración macular en la retina.

En Japón, ya desarrollaron un hígado humano. Específicamente fue creada una estructura hepática primigenia, denominada yema, a partir de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC por sus siglas en inglés). El estudio fue publicado en Nature. Es la primera vez que se genera un órgano funcional humano a partir de células iPSC, originadas del cultivo células del estroma, de células endoteliales del cordón umbilical y células mesenquimales de la médula ósea. Las yemas creadas fueron trasplantadas a ratones que tenían fallo hepático y fueron capaces de realizar funciones metabólicas y mejorar la insuficiencia hepática. Anteriormente, se habían creado órganos como el corazón mediante la incorporación de células a moldes, pero tenían el inconveniente de una escasa durabilidad porque las células se desprendían y morían. Esta situación es totalmente diferente, como señaló el Profesor Matthew Smalley de la Universidad Cardiff del Reino Unido, “Los autores han mostrado que el trasplante hepático no solo produce proteínas específicas del hígado sino que también lo desintoxica de los compuestos evaluados, claves para restaurar la función del hígado en un fallo hepático”.

En una entrevista que le hicieron al joven de 26 años y autor del trabajo, Takanori Takebe, de la Universidad de Yokohama en Japón, señaló: “El reto más importante al que nos enfrentamos es conseguir una gran cantidad de yemas para trasplantarlas a los pacientes ya que el hígado es uno de los órganos más grandes del cuerpo, contiene un billón de hepatocitos y las yemas tienen de 3 a 4 millones de células. Tenemos que producir una cantidad suficiente a un costo razonable.”

Las células madres adultas pueden inyectarse en las venas, arterias o el músculo cardíaco, prodecimiento aplicado con cierta frecuencia como, por ejemplo, en el Centro de Células Madre del Texas Heart Institute en los Estados Unidos.

En México, en la UNAM, están desarrollando metodologías para obtener tejido óseo a partir de células madre extraídas de la pulpa dental, del ligamento periodontal y del paladar con el fin de crear músculos, huesos o cartílago para tratar defectos óseos, en el campo de la odontología.

La utilidad de las células madre no se queda en la medicina. En Londres, el pasado 5 de agosto, dos voluntarios participaron en una demostración para probar la hamburguesa más cara del mundo porque fue preparada en el laboratorio, a partir de células madre obtenidas del músculo de una vaca. El proyecto realizado en Holanda, en la Universidad de Maastricht, costó US$ 330.000. Uno de los voluntarios dijo que el sabor era cercano a la carne.

Las células madre son de dos tipos: embrionarias y adultas. Las células madre embrionarias, o células inmaduras e inespecíficas, son aquellas que nunca se han diferenciado para formar un tipo determinado de células. Las células madre adultas o somáticas son diferenciadas y específicas para el tipo de tejido donde se encuentran. Mientras que las células embrionarias pueden dividirse y diferenciarse para dar lugar a una célula con una función específica, las células madres adultas o somáticas solo pueden generar el tipo de célula del tejido donde residen; por ejemplo, una célula madre de la médula ósea no puede generar un glóbulo rojo.

Las células madre indiferenciadas o no especializadas se renuevan a través de la división celular, incluso después de largos períodos de inactividad. Esta característica les confiere la capacidad, bajo ciertas condiciones fisiológicas (epigenética) o experimentales, de generar células con funciones específicas de tejidos u órganos; es decir se pueden convertir en células de riñón, hígado, corazón, piel, sistemas óseo y muscular o en un simple glóbulo blanco.

Las células madre adultas se pueden encontrar en la médula ósea, la sangre y el tejido graso, en cambio las células embrionarias se encuentran en la sangre del cordón umbilical. En la actualidad existen bancos para almacenar y preservar células madre embrionarias del cordón umbilical.

El estado de una célula lo define los genes que se pueden transcribir para expresarse y el ambiente epigenético (factores no genéticos que intervienen en la ontogenia o desarrollo de un organismo) que regula esta expresión; el cual es heredable pero puede ser modificado por el ambiente. El ambiente epigenético influye más que la genética en el desarrollo de un organismo por lo que se pensó que la diferenciación debería ser un proceso reversible.

Esto quiere decir que una célula madre adulta puede transformarse en una célula madre pluripotente inducida (iPSC), mediante una reprogramación genética que se logra con el tratamiento de factores definidos, lo que le permite volver a su estado indiferenciado e inespecífico, con características pluripotenciales, y se asemeja en alto grado a la célula madre embrionaria, para luego ser capaz de transformarse en una célula distinta a la original. Este proceso depende de los genes que se pueden transcribir y del ambiente epigenético.

La metodología que permite transformar una célula adulta en una célula madre iPSC fue creada en el año 2006, por los doctores Shinya Yamanaka y Kazutoshi Takahashi en la Universidad de Kyoto, Japón, utilizando fibroblastos de adultos y embriones de ratón, mediante la expresión ectópica de factores de transcripción en presencia de factores específicos. Ellos demostraron que los factores de trascripción necesarios para que los genes se expresen e intervengan en el proceso de reprogramación celular son cuatro: OCT4, SOX2, KLF4 y c-MYC, conocidos como los “factores Yamanaka”.

El premio Nobel en Medicina del año 2012 fue otorgado a Shinya Yamanaka y a John B. Gordon por el descubrimiento de la capacidad de las células maduras de ser reprogramadas y convertirse en pluripotentes. En el anuncio del Nobel en Fisiología o Medicina el Comité se expresó de la siguiente manera: “Este año los galardonados con el Premio Nobel han mostrado que el camino de la vida no es necesariamente de una sola vía. Ellos descubrieron que las células maduras de nuestro cuerpo pueden convertirse en células madre y recuperar su esencia ilimitada de posibilidades.”

Esta nueva metodología puede reemplazar el uso de células madre embrionarias que implica procesos más complicados para su obtención, pero además aparece el problema ético de utilizar embriones vivos. Por el contrario, las células iPSC se pueden crear de tejido del mismo paciente, lo que tiene la ventaja de evitar el rechazo inmunológico y de ser éticamente viable.

Desde que apareció el trabajo de Takahashi y Yamanaka, se han identificados una docena de factores que pueden mejorar el proceso de reprogramación genética. En este contexto, un grupo de científicos españoles y norteamericanos del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB) y del Salk Institute de California , liderados por Juan Carlos Izpisúa, han modificado la receta inicial para obtener células iPSC, haciéndola más segura, versátil y con menos limitaciones para su aplicación terapéutica. Este trabajo fue recién publicado en la revista Cell Stem Cell. Ellos reemplazaron con éxito los genes OCT4 y SOX2 que son potencialmente oncogénicos. El hallazgo de haber reemplazado el factor OCT4 permite en un futuro la identificación de fármacos que pueden representar una metodología más segura.

El Dr. Izpisúa señaló: “En nuestro trabajo hemos identificado nuevos genes, no descritos anteriormente, como inductores de la reprogramación, no típicos de células madre, que permiten reprogramar las células somáticas a un estado de pluripotencia”. Añade Izpisúa que “…este hallazgo podría conducir al diseño de protocolos de reprogramación más seguros y podría reducir el riesgo de transformación oncogénica”. Este grupo ha conseguido generar células iPSC a partir de fibroblastos, queratinocitos, del cordón umbilical y de sangre humana.

El Ministerio de Salud de Japón acaba de aprobar el desarrollo de pruebas clínicas con células iPSC obtenidas del mismo paciente. Esto representa un progreso extraordinario para el tratamiento médico. Precisamente, fue en Japón, donde el Dr. Yamanaka creó el método para convertir una célula adulta en pluripotente inducida así como también se desarrolló el primer órgano funcional.

El avance de la ciencia en este campo proporciona la posibilidad de su aplicación en muchas áreas de la salud y también abre campos insospechados en la investigación biomédica. Sus posibilidades terapéuticas incluyen enfermedades como el Alzheimer, Parkinson, afecciones cardíacas, diabetes, cáncer y artritis, así como daños en la médula espinal. El campo de investigación de las células madre puede ayudar a entender enfermedades como el cáncer o condiciones médicas como los defectos congénitos. Del mismo modo, este campo permite estudiar los fundamentos biológicos que subyacen en la reprogramación epigenética y el avance en modelos, descubrimiento de drogas y terapia celular personalizada.

Irene Pérez Schael

 

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