Buscar en
Offarm
Toda la web
Inicio Offarm Células madre de adulto. Estrategias de investigación
Información de la revista
Vol. 27. Núm. 5.
Páginas 92-99 (Mayo 2008)
Compartir
Compartir
Descargar PDF
Más opciones de artículo
Vol. 27. Núm. 5.
Páginas 92-99 (Mayo 2008)
Acceso a texto completo
Células madre de adulto. Estrategias de investigación
Visitas
...
NATALIA LÓPEZ MORATALLAa
a Catedr??tica de Bioqu??mica y Biolog??a molecular. Universidad de Navarra.
Información del artículo
Texto completo
Bibliografía
Descargar PDF
Estadísticas
Figuras (3)
Mostrar másMostrar menos
Texto completo
La medicina regenerativa investiga la capacidad de las células madre de adulto (AS, por su denominación original en inglés, adult stem cells) de autorrenovarse, proliferar o diferenciarse. El objetivo es que puedan suplir a las células destruidas o bien comunicarles los factores necesarios para que se produzca una nueva génesis celular in vivo. Ya se va conociendo con precisión cómo las células AS cumplen su función regenerativa propia. Su empleo permite abrir una nueva vía terapéutica para las enfermedades degenerativas y contar con modelos celulares de la enfermedad. Todo ello supone un reto al diseño de nuevos fármacos.

 

La definición de células madre de adulto incluye: a) la capacidad de experimentar divisiones múltiples y secuenciales renovadoras para mantener la población; b) que las células hijas provenientes de una sola AS se diferencie en más de un tipo celular, y c) que puedan repoblar el tejido de origen dañado.

En 1999, se describió la existencia de células neuronales capaces de reprogramarse a sanguíneas1. Desde entonces se han aislado células AS en todos los órganos y tejidos. A medida que el organismo crece y madura, disminuye la necesidad de restringir el potencial de diferenciación y, por ello, la mayoría de los tejidos contienen poblaciones heterogéneas de células con una gama de maduración que abarca células madre pluripotenciales, multipotentes, progenitoras y diferenciadas a término.

Las células AS presentes en los tejidos son reservas de células que se han mantenido inmaduras y aisladas en la organización espacial de un nicho específico en el que maduran2 cuando reciben señales inductivas concretas (fig. 1). La mayoría de las células AS3 son multipotenciales, capaces de regenerar in vivo su propio tejido u otro. Algunas de las AS que están en la médula ósea tienen una gran plasticidad, ya que pueden adquirir in vivo el destino de tipos celulares distintos a los de su origen.

Fig. 1. Recientemente se han producido importantes avances en el conocimiento de los mecanismos íntimos que regulan el funcionamiento de los diferentes tipos de células troncales de adulto al descubrir que requieren un nicho para cumplir su función de regenerar el tejido. El nicho propio una célula madre de adulto (AS) es una estructura tridimensional en el que interactúa específicamente con otra y otras células o componentes de la matriz extracelular y membrana basal. En la parte superior de la figura se puede observar cómo la célula madre hematopoyética (HSC) migra del nicho de la médula ósea y comienza su diferenciación a los progenitores multipotenciales linfoide y mieloide. En la inferior se describe la maduración de las células epiteliales de la córnea desde los nichos del epitelio del limbo ocular. Las interacciones con melanocitos, células estromales y de Langerhan y con los componentes de la membrana basal permiten una sucesión de etapas de maduración que conducen a la AS hasta su estado de diferenciación a término.

En la etapa inicial de la terapia regenerativa es necesario aislar las células, activarlas in vitro y transferirlas de nuevo al órgano dañado; sin embargo, se está investigando para que en un futuro próximo se pueda inducir y potenciar in vivo la función que ya poseen naturalmente.

Esto no supone que la clínica actual con células troncales de adulto tenga que esperar a que se haya entendido todo lo que ocurre in vivo para seguir avanzando. Significa que no se puede dejar atrás la investigación básica sobre el desarrollo y la construcción de los órganos y los mecanismos para la regeneración del tejido. Incluso en el caso de algunos órganos, como el hígado, sus mecanismos de construcción durante el desarrollo embrionario difieren de los que posteriormente usa para regenerarse4. El avance es necesariamente lento, ya que es preciso conocer el proceso de maduración: las señales moleculares que lo ponen en marcha, las vías de señalización requeridas, etc., y los ensayos clínicos de transferencia celular deben cumplir los requisitos de rigor en un campo nuevo.

Tipos de células troncales

Hay reservas, como la médula ósea, que contienen células progenitoras multipotentes y un tipo de célula madre mesenquimal pluripotente capaz de madurar a los diversos tipos celulares del organismo5. Estas células están presentes en proporciones mínimas en el torrente circulatorio y, obviamente, la sangre del recién nacido, que puede recogerse del cordón umbilical, las contiene en mayor proporción que la sangre del adulto6.

En la terapia regenerativa son clave 2 conocimientos sobre estas células madre. El primero es que circulan y se quedan en tejidos como el cerebro y el corazón, contribuyendo a su regeneración. El segundo es que pueden movilizarse desde la médula ósea para aumentar el número de las que circulan7.

Se han encontrado células pluripotenciales en los testículos de neonatos8 y adultos9. A partir de muestras de líquido amniótico, recogidas para hacer el diagnostico prenatal, se han aislado10 células madre multipotentes capaces de diferenciarse en múltiples linajes de las 3 capas germinales.

Más recientemente se han encontrado y aislado células AS en el intestino delgado, en el colon11 y en los discos intervertebrales degenerados12. También se han aislado células AS del material de la menstruación (http://www.celle.com/mediaKit.aspx).

Ha resultado especialmente interesante comprobar que el páncreas contiene células progenitoras específicas que se diferencian de las que forman los islotes13. Estas AS de los conductos pancreáticos expresan la neurogenina 3 (Ngn3), el primer factor de transcripción especifíco de los islotes en el desarrollo embrionario.

Tratamiento de las lesiones degenerativas

Algunas lesiones se remedian transfiriendo a la zona afectada un tipo celular que aporte los materiales necesarios en el lugar adecuado. Es el caso, por ejemplo, del uso de las AS autólogas de la médula ósea en necrosis óseas y en lesiones del cartílago articular; incorporadas en soportes adecuados sirven para reparar fracturas no consolidadas, o seudoartrosis hipotrófica14. Y hay procesos de diferenciación celular bien conocidos, como el de hematopoyesis, que permiten practicar autotrasplantes de células en enfermedades de la sangre15, como las leucemias16.

Según sea el tejido que hay que reparar y el tipo de lesión, el proceso regenerativo es más o menos complejo. Hay tejidos, como la glándula mamaria17 o el epitelio18, que se regeneran a partir de un solo tipo celular. Las AS del epitelio de la córnea son un buen ejemplo19.

El cerebro tiene múltiples sistemas de diferenciación específica y diversificada20, lo que hace difícil cualquier tipo de reemplazo de neuronas. Más aún en el caso de las neuronas que se alteran y cuando el mecanismo patológico es diferente en las diversas enfermedades neurodegenerativas. Así, en la atrofia espinal muscular y en la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) las neuronas motoras degeneran; en la enfermedad de Huntington mueren las neuronas espinales del estriado medio; en la enfermedad de Parkinson se pierden las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra, mientras que el Alzheimer es un desorden neurodegenerativo global que afecta a poblaciones de neuronas corticales.

Los abordajes terapéuticos requieren, además, tener en cuenta qué causa la destrucción celular en cada caso21. Es decir, no basta con estimular la formación de neuronas y células de la glía endógenas, sino que al mismo tiempo hay que impedir la muerte celular. Para ello se está ensayando el trasplante de células madre manipuladas para expresar moléculas neuroprotectoras, como el factor neural derivado de la glía22.

En general, los tejidos requieren sus propias células precursoras para regenerar lesiones. Para regenerar el infarto de miocardio se han empleado precursores del propio enfermo, como los mioblastos o células de la médula ósea que aportan factores esenciales para el desarrollo de cardiomiocitos. Recientemente se ha comprobado que el corazón no está diferenciado a término, sino que en él residen AS capaces de madurar los diversos tipos celulares que constituyen el corazón23. Ahora bien, no es fácil asegurar la funcionalidad cardíaca tras un infarto.

La distrofia muscular de Duchenne, aunque tiene un origen genético, cuenta ya con un modelo en perro en el que ha dado resultado la perfusión de mesoangioblastos corregidos con el gen que codifica la proteína muscular distrofina24.

La implantación de células multipotentes derivadas de la médula ósea en ratones con enfermedad vascular periférica consigue recuperar la isquemia de los miembros inferiores. Las AS ayudan a aumentar la cantidad de arterias y de venas que regeneran el músculo como consecuencia de la liberación de una serie de factores25.

La terapia regenerativa que se centra en el reemplazo de las células afectadas por la enfermedad o la lesión ha dado un giro gracias a los acontecimientos científicos de finales del año 2007, que permitieron «rejuvenecer» las células de adulto. Estas células, que pueden obtenerse a partir de las biopsias de diferentes tejidos, permiten hallar y validar vías terapéuticas, así como probar posibles fármacos26 capaces de actuar de forma exógena al nicho de la célula AS o de activarla de forma endógena. En el caso de enfermedades causadas por la mutación de un solo gen pueden usarse, además, sustituyendo las células afectadas por células autólogas corregidas.

Células madre y fármacos. El comienzo de una nueva era

Más del 90% de los fármacos ensayados no se aprueba para avanzar a las fases clínicas, lo que encarece enormemente el proceso. Además, no disponemos de un sistema bastante eficaz como para determinar y prever la toxicidad de estos fármacos. Las células rejuvenecidas a pluripotenciales procedentes de pacientes que tienen una determinada enfermedad pueden usarse para probar la eficacia de fármacos, como modelos de la enfermedad y para llevar a cabo estudios de toxicidad27.

En primer lugar, contamos con la tecnología de reprogramación o desdiferenciación celular. La dificultad técnica y ética de conseguir células embrionarias con dotación genética de un enfermo por transferencia nuclear a un óvulo (clonación) se ha superado con la reciente creación de células madre con pluripotencialidad inducida (iPS). Hasta el punto de que 2008 se considera un «nuevo año y una nueva era» (comenta Pera en Nature 451, del 10 de enero de 2008: 135-136) que centra el interés de los investigadores en la biología de la pluripotencialidad de las células. Thomson, que purificó por vez primera las células madre embrionarias humanas, explica en The New York Times que probablemente «dentro de un decenio la guerra de las células madre será sólo una nota curiosa a pie de página en la historia de la ciencia». En efecto, las células troncales de adulto pueden ser inducidas a adquirir el estado pluiripotencial28. Shinya Yamanaka mostró la reprogramación de fibroblastos de la piel de ratón a células semejantes a las embrionarias con la incorporación de los genes Oct4, Sox2, c-Myc, y Klf4. El mismo equipo y el de Thomson lograron, a finales de 200729, iPS humanas derivadas de células de la piel. Varios laboratorios avanzan hacia el rejuvenecimiento de las células de otros tejidos30.

Sin destruir embriones y sin utilizar óvulos, se están logrando líneas celulares iPS de pacientes con ELA, Alzheimer, etc., para estudiar la enfermedad y hacer pruebas de nuevos fármacos31. La diferenciación de estos tipos celulares en estado embrionario permite diseñar candidatos a modular las vías de señalización típicas de la maduración y el desarrollo, como Hedgehog, Wnt, BMP (fig. 2), implicadas en la enfermedad, o compuestos que regulen la proliferación celular y la autorregeneración. Las iPS se han usado como vector en terapia genética para corregir la anemia32 en algunos experimentos con ratones.

Fig. 2. La célula madre recibe en el nicho correspondiente una gama de señales que le indican hacia donde desplazar el equilibrio de proliferación, diferenciación o autorregeneración. Las señales pueden ser activadoras o inhinidoras y ponen en marcha unas determinadas vías de señalización intracelular, o actúan sobre algún componente de estos caminos.

En segundo lugar, es factible dirigir la diferenciación celular con moléculas pequeñas. Algunos laboratorios, por ejemplo, han identificado factores que estimulan la diferenciación; es el caso de una pirrolopiridina y sus análogos TSW11933, que actúan sobre la kinasa GSK-3β en la vía de señalización Wnt en la diferenciación neuronal.

Una diaminopirimidina, el cardiogenol, se está ensayando para inducir la expresión de múltiples marcadores de la cardiogénesis, de modo que pueda regular las vías de señalización implicadas. Se crean así las llamadas colecciones «bioactivas» con series existentes de 1.500-5.000 compuestos, que son interesantes para volver a usar viejos fármacos para tratar enfermedades huérfanas34 y para los agentes inductores de diferenciación celular sin necesidad de nuevas síntesis químicas. Por ejemplo, los bloqueadores de los canales de calcio para un proceso de diferenciación35, o inhibidores de la proliferación neuronal36, los agonistas y antagonistas de receptores de varios neurotransmisores, son agentes antiproliferativos cerebrales.

La autorregeneración de las células AS neurales (NSC) es la base celular de la neurogénesis. El nicho de las NSC incluye células vasculares y de la glía que segregan factores de crecimiento, como el vascular endotelial (VEGF) y el básico de fibroblastos (bFGF).

Ambos estimulan la proliferación de las NSC. La estimulación por VEGF se inhibe por ZM32388137, un inhibidor específico de un receptor del factor VEGF.

En otros análisis se están probando los RNA de interferencia (iRNA) que participan en la diferenciación celular durante el desarrollo embrionario y que están implicados en la regulación de la expresión de los genes de la pluripotencialidad38. El control de la pluripotencialidad de las células madre es esencial y se van identificando los factores de transcripción específicos y reguladores, como citocinas y factores de crecimiento. Sin embargo se sabe menos de los elementos intracelulares de las vías de señalización. Se buscan, por ejemplo, inhibidores de la tirosin fosfatasa plasmatica Shp239, que dirige la autorregeneración de las células embrionarias promoviendo su diferenciación a través de la vía Erk-Stat3.

En tercer lugar, es importante la posibilidad de producir todos los tipos de células de un proceso, ya que en algunas enfermedades un tipo celular está más afectado que otro y los modelos celulares son esenciales para la investigación en nuevos fármacos. Con esos modelos se pueden eliminar los compuestos cabeza de serie que tengan toxicidad hepática o cardíaca.

En resumen, se está trabajando activamente para conseguir células en estado embrionario representativas de la población humana que permitan validar los protocolos de su diferenciación a hepatocitos y miocitos cardíacos, que sean células modelo para analizar algunos aspectos del metabolismo del fármaco y que aseguren los posibles efectos secundarios. No se trata de conseguir células específicas de cada paciente, sino de aplicar los principios fundamentales de la biología del desarrollo a fin de conseguir el material donde realizar las pruebas biológicas usando una amplia variedad de tipos celulares en diferente estado de diferenciación.

Las células AS presentes en los tejidos son reservas de células que se han mantenido inmaduras y aisladas en la organización espacial de un nicho específico en el que maduran cuando reciben señales inductivas concretasLas células rejuvenecidas a pluripotenciales procedentes de pacientes que tienen una determinada enfermedad pueden usarse para probar la eficacia de fármacos, como modelos de la enfermedad y para llevar a cabo estudios de toxicidad
Bibliografía
[1]
Bjornson CR, Rietze RL, Reynolds BA, Magli MC, Vescovi AL..
Turning brain into blood: a hematopoietic fate adopted by adult neural stem cells in vivo..
Science, 283 (1999), pp. 534-7
[2]
Spradling A, Drummond-Barbosa D, Kai T..
Stem cells find their niche. Nature. 2001;414: 98-104. Scadden DT. The stem-cell niche as an entity of action. Nature. 2006;441:1075-8. Morrison SJ, Al C. Spradling Stem Cells and Niches: Mechanisms That Promote Stem Cell Maintenance throughout Life..
[3]
Tsai RV.L, Kittappa R, McKay RDG..
Plasticity, niches and the use of stem cells..
Develop Cell, 2 (2002), pp. 707-12
[4]
Fürst G, Schulte am Esch J, Poll LW, Hosch SB, Fritz LB, Klein M, Godehardt E, et al..
Portal vein embolization and autologous CD133+ bone marrow stem cells for liver regeneration: initial experience..
Radiology, 243 (2007), pp. 171-9
[5]
Jiang Y, et al..
Rare multipotential or pluripotential stem cells have also been isolated from cultured bone marrow cells..
Nature, 418 (2002), pp. 1-9
[6]
Kogler G, et al..
A new human somatic stem cell from placental cord blood with intrinsic pluripotent differentiation potential..
J Exp Med, 200 (2004), pp. 123-35
[7]
Cfr..
Cancelas JA, Williams DA. Stem cell mobilization by beta2-agonists. Nature Medicine. 2006;12:278-9. Orkin SH, Zon L. Hematopoiesis: An Evolving Paradigm for Stem Cell Biology. Cell. 2008;132:631-44. Laird DJ, von Andrian UH, Wagers AJ. Stem cell trafficking in tissue development, growth, and disease..
[8]
Kanatsu-Shinohara M, et al..
Generation of pluripotent stem cells from neonatal mouse testis..
[9]
Guan K, et al..
Pluripotency of spermatogonial stem cells from adult mouse testis..
Nature, 440 (2006), pp. 1199-203
[10]
De Coppi P, Bartsch G Jr, Siddiqui MM, Xu T, Santos CC, Perin L, Mostoslavsk.y, et al..
Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy..
Nature Biotechnology, 25 (2007), pp. 100-6
[11]
Barker N, van Es J H, Kuipers J, Kujala P, van den Born M, Cozijnsen M, Haegebarth A, et al..
Clevers. Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5..
Nature, 449 (2007), pp. 1003-7
[12]
Risbud MV, Guttapalli A, Tsai TT, Lee JY, Danielson KG, Vaccaro AR, Albert TJ, et al..
Evidence for Skeletal Progenitor Cells in the Degenerate Human Intervertebral Disc..
[13]
Xu X, D??Hoker J, Stange G, Bonne S, De Leu N, Xiao X, Van De Casteele M, et al..
Beta Cells Can Be Generated from Endogenous Progenitors in Injured Adult Mouse Pancreas. Cell. 2008;132:197-207. In type I diabetes autoimmune destruction of beta cells has been sotpped with immunosuppressants and the immune system restored with autologous adult stem cells..
JAMA, 297 (2007), pp. 1568-1576
[14]
Diario M??dico 10/01/2007.
[15]
Bordignon C..
Stem-cell therapies for blood diseases..
Nature, 441 (2006), pp. 1100-2
[16]
Jin L, Hope KJ, Zhai Q, Smadja-Joffe F, Dick JE..
Targeting of CD44 eradicates human acute myeloid leukemic stem cells. Nature Medicine. 2006;12:1167-74. Krause DS, Lazarides K, von Andrian UH, Van Etten RA. Requirement for CD44 in homing and engraftment of BCR-ABL-expressing leukemic stem cells..
Nature Medicine, 12 (2006), pp. 1175-80
[17]
Shackleton M, Vaillant F, Simpson KJ, Stingl J, Smyth GS, Asselin-Labat ML, Li Wu, et al..
Generation of a functional mammary gland from a single stem cell..
Nature, 439 (2006), pp. 84-88
[18]
Clayton E, Doupe DP, Klein AM, Winton DJ, Simons BD, Jones PH..
A single type of progenitor cell maintains normal epidermis 1..
Nature, 446 (2007), pp. 185-9
[19]
Li W, Hayashida Y, Chen YT, Tseng SCG..
Niche regulation of corneal epithelial stem cells at the limbus..
Cell Research, 17 (2007), pp. 26-36
[20]
Muotri AR, Gage FH..
Generation of neuronal variability and complexity..
Nature, 441 (2006), pp. 1087-93
[21]
Taupin P..
Adult Neural Stem Cells, Neurogenic Niches and Cellular Therapy. Stem Cell Reviews. 2006;2:213-9. Lindvall O, Kokaia Z. Stem cells for the treatment of neurological disorders..
Nature, 441 (2006), pp. 1094-7
[22]
Behrstock S, et al..
Human neural progenitors deliver glial cell line-derived neurotrophic factor to parkinsonian rodents and aged primates..
Gene Ther, 13 (2006), pp. 379-88
[23]
Segers VF, Lee RT..
Stem-cell therapy for cardiac disease..
Nature, 451 (2008), pp. 937-42
[24]
Sampaolesi M, Blot S, D??Antona G, Granger N, Tonlorenzi R, Innocenzi A, Mognol P, et al..
Mesoangioblast stem cells ameliorate muscle function in dystrophic dogs..
Nature, 444 (2006), pp. 574-9
[25]
Aranguren XL, McCue JD, Hendrickx B, Zhu XH, Du F, Chen E, Pelacho B, et al..
Multipotent adult progenitor cells sustain function of ischemic limbs in mice..
J Clin Invest, 118 (2008), pp. 505-14
[26]
Daley GQ, Scadden DT..
Prospects for Stem Cell-Based Therapy..
[27]
Rubin LL..
Stem Cells and Drug Discovery:The Beginning of a New Era? Cell, 132 (2008), pp. 549-52
[28]
Takahashi K, Yamanaka S..
Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors..
[29]
Okita K, Ichisaka T, Yamanaka S..
Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature. 2007;448:313-7. Nakagawa M, Koyanagi M, Tanabe K, Takahashi K, Ichisaka T, Aoi T, Okita K, etal. Generation of induced pluripotente stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts..
Nature Biotech, 26 (2008), pp. 101-6
[30]
Park IH, Zhao R, West JA, Yabuuchi A, Huo H, Ince TA, Lerou PH, et al..
Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors..
Nature, 451 (2008), pp. 141-7
[31]
Holden C, Vogel G..
A Seismic Shift for StemCell Research. Science. 2008;319:561-3. Blow N..
Stem cells:in search of common ground. Natur, 451 (2008), pp. 855-8
[32]
Hanna J, Wernig M, Markoulaki S, Sun CW, Meissner A, Cassady JP, Beard C, et al..
Treatment of Sickle Cell Anemia Mouse Model with iPS Cells Generated from Autologous Skin..
Science, 318 (2007), pp. 1920-3
[33]
Ding S, Wu TY, Brinker A, Peters EC, Hur W, Gray NS, Schultz PG..
Synthetic small molecules that control stem cell fate..
Proc Natl Acad Sci USA, 100 (2003), pp. 7632-7
[34]
North TE, Goessling W, Walkley CR, Lengerke C, Kopani KR, Lord AM, Weber GJ, et al..
Nature, 447 (2007), pp. 1007-011
[35]
Saxe JP, Wu H, Kelly TK, Phelps ME, Sun YE, Kornblum HI, Huang J..
Chem Biol, 14 (2007), pp. 1019-30
[36]
Diamandis P, Wildenhain J, Clarke ID, Sacher AG, Graham J, Bellows DS, Ling EK, et al..
Nat Chem Biol, 3 (2007), pp. 268-73
[37]
Upregulation of Flk-1 by bFGF via the ERK pathway is essential for VEGF-mediated promotion of neural stem cell proliferation. Cell Research. 2007;17 73-9.
[38]
Stadler BM, Ruohola-Baker H..
Small RNAs: Keeping Stem Cells in Line..
[39]
Feng GS..
Shp2-mediated molecular signaling in control of embryonic stem cell self-renewal and differentiation..
Cell Research, 17 (2007), pp. 37-41
Opciones de artículo
Herramientas
es en pt

¿Es usted profesional sanitario apto para prescribir o dispensar medicamentos?

Are you a health professional able to prescribe or dispense drugs?

Você é um profissional de saúde habilitado a prescrever ou dispensar medicamentos