Células madre embrionarias: las células que causaron una revolución.

Última Actualización en: abril 5, 2018

Después de 20 años de esperanza, promesa y controversia, las células madre embrionarias humanas están ahora reformando los conocidos conceptos biológicos e incluso alcanzando etapas clínicas.

Dieter Egli quería iniciar sus estudios superiores en 1988, cuando los investigadores descubrieron cómo derivar células madre embrionarias humanas. En las dos décadas siguientes centró su carrera en estas células fértiles. El biólogo de la Universidad de Columbia, Nueva York, utilizó las células para investigar cómo se rastrea el ADN adulto hasta una etapa embrionaria. También intenta responder a una serie de preguntas sobre el desarrollo y el tratamiento de la diabetes. Incluso ayudó a desarrollar una forma completamente nueva de células madre embrionarias humanas. Esto hará que el estudio del genoma humano sea mucho más fácil.

Su extensa investigación lo ha convertido en un líder en la biología de células madre embrionarias. Este tipo de investigación es a menudo difícil debido a la escasez de fondos y a las muchas tecnologías que compiten entre sí y que no están tan cargadas desde el punto de vista ético. Sin embargo, muchos dicen que las células madre embrionarias humanas son ahora más importantes que nunca. Las células madre embrionarias ofrecen miles de posibilidades”, dice Egli. Producirán descubrimientos sin parangón que cambiarán la vida. No tengo ninguna duda al respecto.

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Las rosetas neuronales, derivadas de células madre embrionarias humanas, se unen en cultivos en cultivo.

Las células madre embrionarias (células madre embrionarias) nos proporcionan información inédita sobre el desarrollo temprano. Así como los astrónomos llevan a cabo investigaciones sobre el Big Bang para obtener conocimientos fundamentales sobre el universo, así también los biólogos estudian las moléculas de estas notables entidades. Buscan pistas sobre cómo una sola célula puede dividirse en trillones de células, que luego tienen un número vertiginoso de formas y funciones. Los científicos han aprendido a transformar las células en muchos tipos de células adultas que representan los diferentes tejidos y órganos del cuerpo. Estos se usan para probar medicamentos, para modelar enfermedades y cada vez más como tratamientos que se inyectan en el cuerpo.

Desde 2010, se han realizado más de 12 estudios clínicos con células madre embrionarias, comenzando con un intento de reparar lesiones de la columna vertebral. Los científicos utilizan estas células para tratar la enfermedad de Parkinson y la diabetes, entre otras cosas. Los primeros resultados sugieren que algunos métodos funcionan. Esta semana, un informe muy esperado mostró una mejoría en la visión de dos personas con degeneración macular relacionada con la edad. Esta es una enfermedad que rompe la agudeza de la visión.

Comienzo Cauteloso

En 1981, los investigadores lograron reproducir células madre a partir de embriones de ratones. Pronto vieron las posibilidades de investigación de estas entidades intrigantes. Pueden reproducirse y transformarse en uno de los más de 200 tipos de células del cuerpo. Pero esta presión no era fácil de alcanzar en los primates. James Thomson, biólogo de la Universidad de Wisconsin-Madison, tardó 14 años en preparar esto para los monos. Tres años más tarde, Thomson atacó de nuevo: con embriones donados y no utilizados de tratamientos de fertilidad, hizo la primera línea de células madre embrionarias humanas.

El descubrimiento causó una verdadera tormenta ética. Los críticos, especialmente de los círculos religiosos, argumentaron que los embriones son, en principio, seres humanos. Querían impedir cualquier investigación en la que se destruyeran embriones. En 2001, el presidente de los Estados Unidos, George W. Bush, limitó la financiación del gobierno para la investigación a unas pocas líneas de células madre embrionarias existentes. Esta decisión obligó a los investigadores que estaban decididos a llevar a cabo la investigación en los EE.UU. a encontrar otra fuente de financiación. A menudo crean laboratorios dobles: uno para la investigación de SA y otro para otra investigación financiada por el gobierno estadounidense. En otros países, como Alemania e Italia, se prohibió totalmente la creación de células.

Sin embargo, los investigadores hicieron lo que pudieron. Científicos de Australia, Singapur, Israel, Canadá y los Estados Unidos pronto anunciaron que habían convertido las células madre embrionarias en neuronas, células inmunitarias y células del corazón latiente.

Los investigadores también discutieron la posibilidad de derivar células madre de embriones producidos a través de un proceso de transferencia nuclear de células somáticas. Este método también se utiliza en el caso de la clonación de animales, como la oveja Dolly. Los científicos colocan el núcleo de una célula donante adulta en un óvulo humano del que extraen el núcleo. Esta “clonación terapéutica” finalmente tuvo que proporcionar una fuente ilimitada de células dinámicas con el mismo ADN que el donante de células. Los investigadores hablaron de posibilidades como investigar enfermedades complejas en un plato y reemplazar tejidos y órganos enfermos de la misma manera que un mecánico reemplaza piezas de automóvil. Hubo algunos intentos fallidos, incluso en 2005, cuando el científico surcoreano Woo Suk Hwang afirmó ilegalmente que podía aislar células madre de esta manera. Pero en 2013, un equipo dirigido por Shoukhrat Mitalipov, un investigador de células madre de la Universidad de Salud y Ciencia de Oregón en Portland, finalmente logró derivar células madre de esta manera.

Durante los primeros 15 años, los científicos de células madre embrionarias se centraron principalmente en el concepto de pluripotencia. Esta es la gran capacidad de las células para transformarse en cualquier tipo de célula. Poco a poco, los investigadores fueron descubriendo las vías moleculares que hacen posible este fenómeno. Las células madre embrionarias nos ayudaron a investigar la pluripotencia,’ dice Mitalipov.

Este tipo de investigación contribuyó a la mayor innovación en medicina regenerativa e investigación biológica de los años 2000: el descubrimiento de las células madre pluripotentes inducidas (iPS). En 2006, la bióloga Shinya Yamanaka descubrió en la Universidad de Kyoto de Japón cómo rastrear las células adultas de ratones hasta una especie de estado embrionario. Él utilizó sólo cuatro factores genéticos para esto. Al año siguiente, él y Thomson lograron el mismo resultado en células humanas. En teoría, el proceso ofrece el mismo resultado que la clonación terapéutica: un suministro interminable de células pluripotentes que están genéticamente ligadas al paciente. Pero entonces, sin los dilemas éticos.

La predicción de que las células iPS reemplazarían a las células madre embrionarias en la investigación científica resultó ser errónea. El número de publicaciones sobre células madre embrionarias ha seguido creciendo desde 2006, y desde 2012 se han publicado anualmente unas 2000 publicaciones. Por lo tanto, las células madre embrionarias son el estándar de oro que deben cumplir las células iPS. Incluso hoy en día, los científicos siguen cuestionando la seguridad del uso de las células iPS. El biólogo Zhou Qi dice que la preocupación por el hecho de que las células iPS puedan causar tumores es la razón por la que utiliza células madre embrionarias en más de 12 de sus estudios clínicos. Zhou Qi trabaja en el Instituto de Zoología de la Academia China de Ciencias en Beijing.

Los científicos buscan principalmente la mejor manera de trabajar con células madre embrionarias. La derivación de las células ha sido durante mucho tiempo un proceso delicado. Tomar tal célula de un cultivo celular y luego permitir que crezca en una nueva población sólo funcionó en el 1% de los casos. Sin embargo, una serie de acontecimientos han mejorado esta situación. En 2007, por ejemplo, Yoshiki Sasai descubrió una molécula llamada inhibidor de ROCK en el Centro RIKEN de Biología del Desarrollo en Kobe, Japón. Esto aseguró que las células madre embrionarias continuaran viviendo después de ser removidas de las colonias en las que crecieron.

La tasa de éxito para la creación de nuevas colonias se elevó al 27%. De repente había muchas más posibilidades,’ dice el biólogo celular Malin Parmar de la Universidad de Lund en Suecia. Parmar utiliza células madre embrionarias para desviar neuronas para la investigación clínica sobre la enfermedad de Parkinson y dice que tales desarrollos tecnológicos están creando una nueva “edad de oro” para la investigación con células madre embrionarias.

 

Actualmente, las células se pueden producir de forma rápida y fiable. Sin embargo, no se convierten en células cancerosas, aunque algunos científicos temían esto. Todavía no sabemos por qué o cómo’ mantienen este equilibrio, según Hiromitsu Nakauchi. Nakauchi es biólogo de células madre en la Universidad de Tokio. Trata de crear un suministro interminable de plaquetas a partir de células ES e iPS.

Tiempo para variar

Los investigadores también quieren cultivar órganos. En el entorno 3D adecuado y con las moléculas de señal correctas, las células madre embrionarias incluso forman tejidos complejos en un tazón, más conocidos como organoides. Esta capacidad es importante para investigadores como James Wells en el Cincinnati Children’s Hospital en Ohio. Desarrolla organoides intestinales para pruebas de drogas, y quizás un día antes de los trasplantes.

Nuevas fuentes de células madre embrionarias también trajeron consigo otras herramientas de investigación para enfermedades genéticas. En 2004, por ejemplo, los médicos especialistas en fertilidad de Chicago comenzaron a desarrollar líneas celulares ES de embriones rechazados con anomalías genéticas. Estos embriones fueron creados por fertilización in vitro. El equipo pudo hacer modelos celulares de talasemia, enfermedad de Huntington, síndrome de Marfan, distrofia muscular y otros trastornos genéticos. En 2007, los investigadores utilizaron células madre embrionarias para determinar los cambios moleculares que causan trastornos cognitivos en la afección hereditaria del síndrome X frágil.

Según los investigadores, las células iPS ofrecen aún más posibilidades para estudios de enfermedad a escala. De hecho, pueden cultivar células madre de cualquier persona viva con un presunto trastorno genético. Pero muchos científicos también ven oportunidades para las células madre embrionarias en esta área. Algunas condiciones dañan las células adultas de tal manera que cualquier célula iPS derivada de estas células no tiene sentido. Las células madre embrionarias aún conservan su función de apoyo.

Por ejemplo, Kevin Eggan produjo esclerosis lateral amiotrófica (ELA) en la Universidad de Harvard en Massachusetts, Holanda. Eggan sabía cómo transformar las células pluripotentes en motoneuronas a partir de su trabajo anterior con células madre embrionarias. Estas son las células cerebrales que atacan la enfermedad. Cuando hizo lo mismo con las células iPS de los pacientes, pudo comparar rápidamente los dos tipos de células entre sí. Las células de los pacientes disparaban con mucha más frecuencia que sus contrapartes en personas sanas. Usamos todo el trabajo que ya habíamos hecho con células madre embrionarias para entender a los motoneuronas”, dice Eggan. Actualmente se están probando medicamentos para contrarrestar los ataques utilizando las células iPS de los pacientes. Eggan espera los resultados en los próximos dos meses.

Egli y Nissim Benvenisty de la Universidad Hebrea de Jerusalén derrocan los conceptos de larga data de la biología humana con su derivación de líneas de células madre embrionarias usando sólo la mitad del número de cromosomas que normalmente se necesitan. Los investigadores ahora están usando herramientas de procesamiento de genes en estas células madre embrionarias’haploides’ para entender mejor cómo funcionan los genes en el desarrollo. Debido a que se concentran en un solo grupo de genes, estas células producen resultados mucho más claros, según Egl

El progreso en la investigación de las enfermedades de células madre embrionarias no siempre ha sido tan rápido. Douglas Melton, del Harvard Stem Cell Institute de Cambridge, tardó 15 años en convertir las células madre embrionarias en células beta funcionales. Estas son las células pancreáticas que detectan la glucosa y luego producen insulina. Después, no pudo detectar ninguna diferencia entre las células pancreáticas producidas a partir de células madre embrionarias y las células iPS de personas con diabetes tipo 1 o tipo 2. Sabemos que hay una susceptibilidad genética, pero esto no significa que podamos verla in vitro”, dice.
Renacimiento de la célula

Melton todavía tiene planes para las β-cells que hizo de ES-cells. Espera trasplantarlos a personas con diabetes tipo 1 para terminar, o al menos reducir, su dependencia de las inyecciones de insulina. El último obstáculo en este proyecto es introducir las células de tal manera que el sistema inmunológico no las destruya. Semma Therapeutics, una compañía que Melton fundó en Cambridge, quiere hacer esto teniendo las células anidadas en una bolsa donde los nutrientes entran y la insulina sale, pero al mismo tiempo bloquea el acceso a las células inmunes. Espera comenzar sus ensayos clínicos dentro de tres años. ViaCyte en San Diego, California, acaba de reiniciar un ensayo clínico similar que comenzó en 2014. Ahora ha adaptado su tecnología de encapsulación. Otras empresas, como Novo Nordisk en Dinamarca, también están iniciando programas de control de la diabetes utilizando células madre embrionarias.

Clínicamente, muchos pensaron que las células iPS eventualmente ganarían la batalla de las células madre embrionarias. Una ventaja potencial es que las células iPS pueden producir tejidos y células con el mismo ADN que el paciente. Por lo tanto, no causan una respuesta inmune durante el trasplante. Pero con la mayoría de las enfermedades genéticas, incluyendo la diabetes tipo 1, las células iPS de un paciente también contienen la mutación que causa el problema. Por lo tanto, estas células necesitan ser modificadas de nuevo si queremos obtener algún beneficio terapéutico de ellas.

Luego está el costo. Preparar una línea de células iPS para la investigación clínica cuesta aproximadamente un millón de dólares, según Jeanne Loring, bióloga de células madre del Instituto de Investigación Scripps de California. Es una cantidad de dinero muy excesiva para usar las propias células del paciente. Loring espera que el precio siga bajando y actualmente está trabajando en el desarrollo de células iPS como tratamiento para la enfermedad de Parkinson.

Hasta ahora, sólo hay un ensayo clínico en humanos en el que los científicos utilizan células derivadas de células iPS. El oftalmólogo Masayo Takahashi del Centro de Biología del Desarrollo de RIKEN dirige esta investigación. Su propósito es curar la degeneración macular. En 2014, los científicos suspendieron la investigación porque querían simplificar el procedimiento utilizando células madre del donante y no del paciente. Empezaron de nuevo en 2017, pero en enero se encontraron con otro obstáculo. Un paciente desarrolló una membrana en su ojo que tuvo que ser removida quirúrgicamente.

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La degeneración macular es el objetivo de muchas terapias con células madre embrionarias. Ya se han realizado al menos seis ensayos clínicos en EE.UU., Reino Unido, Corea del Sur, China e Israel. El 19 de marzo, científicos dirigidos por el oftalmólogo Pete Coffey anunciaron los resultados de un estudio sobre la implantación de células en la retina dañada de dos individuos. Un año después del procedimiento, los participantes pueden volver a leer en silencio. Pete Coffey es director del Proyecto de Londres para Curar la Ceguera y de la Universidad de California, Santa Bárbara.

Según Alan Marmorstein, oftalmólogo de la Clínica Mayo de Minnesota, este es “un gran paso adelante” en la investigación. Esta es la primera indicación real de la eficiencia en el cuerpo humano y ciertamente alienta a que se realicen más estudios en otras partes del cuerpo”, dice. Según Coffey, los avances actuales son el resultado de estudios sobre cómo debemos implantar las células con precisión en el cuerpo. Hace diez años, pensábamos que sólo debíamos introducir las células en el cuerpo y que luego ellas mismas harían el trabajo. Eso no es cierto; necesitamos revisar las células de alguna manera. Muchos investigadores de células madre creen que el próximo gran avance clínico para las células madre embrionarias en la investigación de la enfermedad de Parkinson tendrá lugar. La enfermedad es causada por una pérdida del neurotransmisor dopamina. Un número de compañías y hospitales ahora quieren usar células ES o iPS para reemplazar las neuronas que producen dopamina.

Una cuestión crucial es la antigüedad de las células pluripotentes antes de que puedan ser transportadas. Un estudio australiano comenzó en 2016, un estudio chino en 2017. Estos estudios utilizan precursores neuronales jóvenes que aún no producen dopamina. Según los investigadores, la inmadurez de las células asegura que sobrevivan al trasplante y puedan integrarse en el nuevo cerebro. Pero los líderes de un grupo de estudios de células ES e iPS mejor conocidos como Gforce-PD afirman que cuanto más células adultas utilizan, más se están transformando en el tipo deseado de células que producen dopamina. Estas células son más fiables y verificables.

El camino hacia resultados prometedores

La investigación en células madre embrionarias todavía puede crecer si es capaz de superar una serie de obstáculos. Un problema importante es que muchos tipos de células son difíciles de producir. Según las estimaciones de Melton, sólo una docena de los tipos de células creados hasta ahora son verdaderamente equivalentes funcionales a las células humanas. Y es probable que las células con usos de mayor alcance, como los óvulos y el esperma, sigan siendo un reto en un futuro próximo.

La financiación de la investigación también sigue siendo incierta. Los científicos están escuchando rumores de que el presidente de los EE.UU. Donald Trump quiere introducir nuevas restricciones en la financiación del gobierno para la investigación de células madre embrionarias.

A pesar del difícil viaje que han hecho, las células madre embrionarias han demostrado su valía. A veces incluso de maneras sorprendentes, dicen los investigadores. Algunos científicos incluso han renunciado al uso de modelos animales porque las enfermedades humanas pueden estudiarse mejor con células madre embrionarias. Mi lema era: `siempre todo lo humano’, dice Melton.

Según Yamanaka, las células madre embrionarias fueron la motivación para su propio trabajo con células iPS. Fue el método de Thomson para células madre embrionarias humanas el que hizo la transición del ratón a las células iPS humanas. Esto sucedió en sólo un año, mientras que la transición del ratón a las células madre embrionarias humanas duró casi 20 años. Sabíamos exactamente cómo cultivar células iPS humanas”, dice Yamanaka.

Las células madre embrionarias son igual de importantes hoy en día, dice. Nos ayuda a entender el mecanismo de la pluripotencia y a mejorar la aplicación médica de las células pluripotentes. Las células madre embrionarias son tan importantes como lo eran hace 20 años, y no creo que lleguen a ser menos importantes”, dice Yamanaka.

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Fuentes & Referencias
https://www.nature.com/articles/d41586-018-03268-4https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29565377https://www.technologyreview.com/s/610750/this-stem-cell-implant-could-halt-an-incredibly-common-cause-of-blindness/https://www.nature.com/news/pioneering-cell-transplant-shows-vision-and-promise-1.21757
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Ana Díaz Villanueva

Doctora en Educación por la Universidad de Chile en el año 2010. Subdirectora del Departamento Interfacultativo de Psicología Evolutiva y de la Educación. Experto profesional en E-learning 2.0: educación por internet y formación on-line; impartido con metodología on-line por la UCLA . Master en Programación Web con metodología presencial; impartido por el Centro de Estudios Informáticos en 2016.  

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