Células madre y sus aplicaciones más prometedoras

Hoy hablamos de las famosas células madre, esas células inmortales que permiten que te desarrolles como organismo, pero que también actúan como sistemas internos de reparación del organismo.

“El término célula madre (SC) aparece en la literatura científica ya en 1868 en una publicación de Ernst Haeckel. Sin embargo, hasta la década de 1960 no se obtuvieron pruebas definitivas de la existencia de las células madre en el sistema hematopoyético” (Wang, 2019).

¿QUÉ ES UNA CÉLULA MADRE?

Las células madre (stem cells en inglés) son células que existen tanto en embriones como en células adultas y cumplen 3 requisitos:

• Son células no diferenciadas.

La diferenciación celular es el proceso por el que una célula adquiere unas ciertas características que le permiten desarrollar unas funciones específicas. Por ejemplo, un glóbulo rojo tiene la función concreta de transportar oxígeno en la sangre, y por el contrario, no tiene la capacidad de contraerse como lo haría una célula muscular.

• Son capaces de autorenovarse.

Con autorenovación nos referimos a que son capaces de multiplicarse, continuamente, generando células hijas idénticas. Son como una fuente inagotable de nuevas células.

• Tienen la capacidad de generar (diferenciarse a) diferentes tipos celulares.

Además, tienen la capacidad de generar diferentes tipos celulares. Los tipos celulares que una célula madre pueda generar dependerán del tipo de steam cell del que hablemos.

Pero antes de conocer los tipos, ¿cómo una célula se mantiene indiferenciada y se auto renueva? Tenemos que mencionar el papel de los nichos de células madre.

NICHO DE LAS CELULAS MADRE

El nicho de las células madre se define como un microambiente que mantiene su condición de madre. El control preciso sobre la diferenciación y la arquitectura de los tejidos es clave para el desarrollo, la organogénesis y la homeostasis de los tejidos.

Un nicho se define por su anatomía y su función: un microambiente tisular local un microambiente tisular local que mantiene y regula directamente un tipo particular de célula madre o progenitor.

TIPOS DE CELULAS MADRE

Las células madres pueden clasificarse de dos formas.

Primero por su potencial de diferenciación, es decir, por cuántos tipos celulares diferentes es capaz de generar. En este sentido tenemos:

Células madre totipotentes

Son las células que encontramos en las primeras divisiones embrionarias (hasta el estadio de 16 células llamado mórula). Cuando se fusionan ovulo y espermatozoide generan el zigoto, esta célula se divide en 2, y así sucesivamente… Estas células, son células madre que tienen la capacidad de generar un organismo completo, es decir todos sus órganos, además de las estructuras extraembrionarias y necesarias para el desarrollo del embrión, tales como la placenta.

Si cogiéramos por tanto una célula en este punto, esta sería capaz de dividirse y generar un individuo completo.

Células madre pluripotentes

Cuando el embrión llega al estado de blastocito, se generan dos estructuras principales: el trofoblasto y la masa celular interna. Es a partir de la masa celular interna de donde obtenemos este tipo de células madre, las pluripotentes. Estas son capaces de generar un individuo y por tanto diferenciarse a cualquier tipo celular de cada uno de sus órganos, pero no las estructuras anexas o extraembrionarias como la placenta.

Otro ejemplo de este tipo son las células madre pluripotentes inducidas (iPSCs: Induce Pluripotent Steam Cells) de las que hablaremos más tarde.

Células madre multipotentes

Estas y las siguientes que mencionaremos ya se encuentran en el organismo adulto. Existen diferentes tipos y cada uno de ellos será capaz de generar unos linajes o tipos celulares concretos.

En la mayoría de los órganos tenemos células madre que son las responsables de renovar las células diferenciadas de ese tejido. Están, por tanto, especializadas en formar solo algunos tipos celulares. Por ejemplo, las células madre hematopoyéticas, capaces de generar todas las células sanguíneas pero no las neuronales.

Células madre oligopotentes

Solo pueden diferenciarse en varios tipos de células. Una célula madre mieloide es un ejemplo de célula madre oligopotente ya que puede diferenciarse solo en algunos tipos sanguíneos: en glóbulos blancos pero no en glóbulos rojos.

Células madre unipotentes

Estas se caracterizan por una capacidad de diferenciación muy reducida. Un ejemplo serían las células madre musculares, que únicamente pueden producir este tipo de celular.

La segunda forma de clasificar las células madre es más sencilla y depende de si las encontramos en el embrión o en el organismo adulto. En este sentido, tendríamos las células madre embrionarias o a las células madre adultas (o somáticas).

En el primer grupo encontraríamos tanto las totipotentes como las pluripotentes. Entre las células madre adultas somáticas encontraríamos tanto las multipotentes, las oligopontes como las unipotentes).

La actividad de las células madre adultas depende del órgano en el que se encuentren; por ejemplo, en la médula ósea, su división es constante, aunque en órganos como el páncreas, la división sólo se produce en condiciones fisiológicas especiales.

Células madre hematopoyéticas.

El primer tipo de células madre somáticas o adultas son las hematopoyéticas. Estas dan lugar a las células de la sangre, y las podemos encontrar en la medula ósea, la sangre periférica, el hígado fetal y el cordón umbilical.

Tras la diferenciación, una célula madre hematopoyética se convierte en una célula madre oligopotente. Sus capacidades de diferenciación se limitan entonces a las células de su linaje: mieloide o linfoide.

Las células madre hematopoyéticas son, sin duda alguna, las células madre más conocidas. Y gracias a este avanzado grado de conocimiento ya se han podido utilizar para tratar enfermedades malignas como las leucemias, las anemias o las talasemias. Podemos conseguir diferentes tipos celulares sanguíneos, los que sean deficientes en el enfermo, a través de la diferenciación, mediante protocolos específicos, de este tipo de célula madre (fácilmente obtenible del paciente).

Células madre mesenquimales

Las siguientes células madre somáticas son las mesenquimales. Este tipo se encuentran en la médula ósea, en el tejido adiposo blanco, en la musculatura y en tejido peivascular. Son por tanto, capaces de generar células cutáneas, células musculares…  Hoy día existen protocolos que desde estas células madre llevan a generar células de hueso, de tejido adiposo y de cartílago.

Células madre germinales

Se localizan en los túbulos seminíferos y son las encargadas de generar los espermatozoides.

Células madre neurales o progenitores neurales

Un progenitor neural es una célula que puede dar lugar a la glía y a las neuronas.

Células madre epiteliales

Entre ellas encontramos tanto las células madre de la capa basal de la epidermis y de los folículos pilosos, como las células madre intestinales que son capaces de generar nuevos enterocitos (las células típicas del intestino).

Aunque estas son las células madre que podemos encontrar de forma “natural en el organimo” podemos hablar de 2 tipos más: las inducidas y las células madre del cáncer.

CÉLULAS MADRE PULIPOTENTES INDUCIDAS (iPSCs)

Las iPSC se generan artificialmente, en un laboratorio, a partir de células somáticas (es decir, células totalmente diferenciadas de un organismo: una célula de la piel, de la sangre o de la orina).

Estas células somáticas son tratadas con un cocktail de factores de crecimiento (generalmente OCT4, KLF4, SOX2 y c-MYC) que inducirán el proceso contrario: la des diferenciación. El resultado son células madre similares a las embrionarias, que después, pueden ser diferenciadas a los tipos celulares que más nos interesen con otra serie de factores.

PARENTESIS: Un factor de crecimiento es una proteína que tiene la función de unirse a los genes y activar su expresión, es decir su trasformación a proteína, la molécula encargada de realizar la función que dicta dicho gen.

Las ventajas del descubrimiento de las iPSCs, que por cierto, supuso el premio nobel de medicina y fisiología en 2012 para John B. Gurdon y Shinya Yamanaka, son principalmente 2.

La primera que no se requieren embriones humanos sobrantes de protocolos de fecundación in vitro como fuente de este tipo de células madre. La masa celular interna de los embriones en fase de blastocito ha sido la fuente clásica de células madre pluripotentes.

Y la segunda, que puedes tener células madre propias de cada individuo para estudiar el desarrollo especifico de su enfermedad, desarrollar tratamientos específicos (sin rechazo inmunológico)…

APLICACIONES DE LAS CÉLULAS MADRE

¿Cuál es la principal aplicación de las células madre actualmente?

Además de su papel en la investigación básica ya mencionada, la terapia celular. La terapia celular consiste en utilizar como herramienta terapéutica a las células. Algunas terapias celulares utilizan células madre o células madre diferenciadas a un tipo celular concreto.  ¿Con que finalidad? Trasplantarlas en la zona a tratar del paciente. Por ejemplo, en la degradación de cartílago, células madre diferenciadas a cartílago, se inyectarían en dicha zona para tratar de “rellenar” el espacio vacío o defectuoso.

“En la actualidad, son posibles varias terapias con células madre, entre las que se encuentran los tratamientos para la lesión de la médula espinal, la insuficiencia cardíaca, la degeneración retiniana y macular, roturas de tendones y diabetes de tipo 1” (Zakrzewski et al., 2019).

CÉLULAS MADRE DEL CÁNCER

El concepto de célula madre cancerígena hace referencia a la célula que inicia y mantiene el crecimiento del tumor. Para que sea considerada como una célula madre cancerosa al trasplantarla en un ratón debe ser capaz de proliferar y acabar generando un tumor.

Recordemos que el cáncer es una enfermedad que se desarrolla por la acumulación de mutaciones en una célula. Esta célula, que acaba perdiendo el control de la división, la muerte, el crecimiento… es la que inicia el desarrollo del tumor. Al final, esta acumulación de mutaciones también acaba provocando que las células tumorales pierdan la diferenciación y la función y se convierten en células que tan solo se replican y se replican. Si una de estas células es capaz de iniciar un nuevo tumor por si misma podría ser considera célula madre del cáncer.

“Las células madres se caracterizan por su capacidad de alimentar la propagación del tumor y pueden contribuir a la recaída y la metástasis del mismo. Además, son más resistentes a la terapia médica que las células tumorales diferenciadas” (Wang, 2019).

Para terminar, me gustaría recoger las conclusiones de varios autores:

“Tras varias décadas de experimentos, la terapia con células madre se está convirtiendo en un magnífico revulsivo para la medicina. Con cada experimento, las capacidades de las células madre crecen.

Independientemente de ello, la influencia de las células madre en la medicina regenerativa y la transplantología es inmensa. Actualmente, las enfermedades neurodegenerativas intratables tienen la posibilidad de convertirse en tratables con terapia de células madre. La pluripotencia inducida permite utilizar las propias células del paciente. Los bancos de tejidos son cada vez más populares, ya que reúnen células que son la fuente de la medicina regenerativa en una lucha contra las enfermedades presentes y futuras” (Zakrzewski et al., 2019).

“Las células madre se utilizan para generar células funcionales diferenciadas y organoides 3D,  para desarrollar quimeras interespecíficas y además han abierto nuevas vías para los estudios de biología fundamental así como aplicaciones potenciales en medicina regenerativa” (Wang, 2019).

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Intlekofer AM, Finley LWS. Metabolic signatures of cancer cells and stem cells. Nat Metab. 2019 Feb;1(2):177-188. doi: 10.1038/s42255-019-0032-0. Epub 2019 Feb 11. PMID: 31245788; PMCID: PMC6594714.

Wang X. Stem cells in tissues, organoids, and cancers. Cell Mol Life Sci. 2019 Oct;76(20):4043-4070. doi: 10.1007/s00018-019-03199-x. Epub 2019 Jul 17. PMID: 31317205; PMCID: PMC6785598.

Zakrzewski W, Dobrzyński M, Szymonowicz M, Rybak Z. Stem cells: past, present, and future. Stem Cell Res Ther. 2019 Feb 26;10(1):68. doi: 10.1186/s13287-019-1165-5. PMID: 30808416; PMCID: PMC6390367.