5.1 ¿QUÉ ES UNA CÉLULA MADRE?
7. Además son células fáciles de modificar genéticamente.
6.1. UTILIZACIÓN TERAPÉUTICA DE LAS CÉLULAS ES
Actualmente, una de las limitaciones terapéuticas más importantes de la medicina regenerativa es la falta de órganos para el transplante. Por ello, para ciertas patologías la terapia celular podría ser una buena alternativa. Estas células pueden venir del propio paciente (autotransplante), de un donante de la misma especie (alotransplante) o de un donante de otra especie (xenotransplante). Las células diferenciadas especializadas son una herramienta óptima para corregir las funciones biológicas defectuosas, pero el problema principal es que tienen una capacidad de proliferación muy reducida, así que el número de células del cual se dispone es muy bajo.
Otra alternativa es el uso de células madre adultas, pero así como algunas de ellas están más bien caracterizadas, como las hematopoyéticas y las mesenquimales, hay otras que no lo están y son difíciles de identificar y de aislar, como las pancreáticas y las neuronales. Otro de los problemas de las células madre adultas es, en algunos casos, que su capacidad de diferenciación y su plasticidad es reducida (286).
Por este motivo, la utilización de las células madre embrionarias humanas para el desarrollo de nuevas terapias celulares es una estrategia prometedora. Por un lado, son una fuente importante de células debido a su inmortalidad y a su elevada tasa de replicación y por otro lado, debido a su pluripotencialidad son una posible fuente para los distintos linajes celulares. Los estudios con células madre de ratón apoyan el uso de células madre humanas, ya que las células diferenciadas derivadas de éstas al inyectarse en el órgano, normal o patológico, se integran en la estructura del órgano y en ciertas situaciones patológicas experimentales corrigen parcialmente y/o transitoriamente la función biológica defectuosa (35, 141, 144, 152, 184). Trabajos recientes con células ES humanas demuestran que, como las murinas, se integran eficazmente en el sistema nervioso (236, 305).
Así pues, parece posible el uso de las células ES humanas, para diferenciar in vitro un amplio espectro de linajes celulares especializados, susceptibles de ser usados
en terapia celular para enfermedades degenerativas o debidas a la insuficiencia funcional de las células. Entre estas patologías, podrían encontrarse la diabetes, el
Parkinson, lesiones en la médula espinal, insuficiencias hepáticas, enfermedades cardiovasculares, distrofia muscular de Duchenne y ciertos cánceres.
6.1.1. LIMITACIONES DEL USO DE LAS CÉLULAS ES CON FINES TERAPÉUTICOS
Para que sea posible el uso de las células ES humanas en terapia celular se tienen que solventar algunos obstáculos, para asegurarse de que no implican ningún riesgo para el hombre. Entre estos obstáculos cabe destacar (Figura 1.29):
1. Las posibles modificaciones genéticas y epigenéticas que pueden surgir a lo largo de los cultivos de estas células.
2. La obtención de poblaciones homogéneas diferenciadas en cultivo. 3. Asegurarse de la integración funcional de las células ES dentro del tejido. 4. Asegurarse de la compatibilidad inmunológica entre las células ES (donante) y el receptor, para que no haya problemas de rechazo.
5. Asegurarse de que el uso de estas células no pueda ser causa de la formación de tumores o transmisión de agentes infecciosos.
6. Solventar los problemas éticos que el uso de células ES conlleva.
Con el fin de intentar solucionar los límites que impiden actualmente el uso de células madre humanas en medicina regenerativa se están abordando distintas soluciones.
Figura 1.29: Objetivos a desarrollar para solventar las limitaciones de la terapia celular con células ES humanas.Figura adaptada de Report on stem cells, 2001.
6.1.2. CONTROL DE LA DIFERENCIACIÓN IN VITRO DE LAS CÉLULAS ES EN UN TIPO CELULAR DE INTERÉS
La diferenciación in vitro de células ES se puede abordar con distintas
estrategias:
• La optimización de las condiciones de cultivo, con el uso de factores solubles inductores de la diferenciación.
Para mejorar las eficiencias de diferenciación hacia los diferentes linajes de interés, en los últimos años se ha trabajado en el uso de factores solubles inductores o inhibidores de ciertos programas de diferenciación, añadiéndolos al medio de cultivo. Igualmente se han cribado moléculas y drogas que activan vías de señalización específicas.
• Sobreexpresión de factores de trascripción implicados en el desarrollo embrionario.
También con el interés de mejorar las eficiencias de diferenciación se ha trabajado en la sobreexpresión de factores de transcripción en las células ES gracias a técnicas de ingeniería genética, introduciendo mediante vectores de expresión el cDNA del gen de interés.
Las técnicas empleadas para hacer de vehículo del transgen han sido principalmente, la transfección (mediante agentes químicos, lipolíticos o por electroporación) o la transducción mediante vectores virales (adenovirus y lentivirus). Estas técnicas permiten la expresión dels transgen de forma estable o transitoria, constitutiva o inducible y también regulada (controlada). Aunque la sobreexpresión de transgenes en células ES, no es fácil por distintos motivos. Primero, la eficiencia de transfección por los sistemas clásicos es muy baja y segundo, la expresión estable del transgen es difícil de mantener durante la diferenciación. Para solventar estos puntos se ha trabajado mayoritariamente en los últimos años en el uso de vectores virales y también con sistemas de expresión inducible mediante recombinación homóloga en el locus de ROSA26, usado por su accesibilidad a ser manipulado genéticamente y por su expresión ubicua.
Otro avance tecnológico que está siendo desarrollado es el de la aplicación de técnicas de interferencia de ARN (RNAi) con el fin de inhibir la expresión de genes de interés.
• Selección del tipo celular de interés por marcadores de superficie o por selección genética
Las técnicas de citometría de flujo (FACS, fluorescent activated cell sorting) han permitido seleccionar los tipos celulares de interés en base a la expresión de marcadores de superficie específicos.
antibiótico (i.e. Neomicina, higromicina), y/o la expresión de un gen reporter (GFP o
LacZ) han permitido seleccionar genéticamente los linajes diferenciados de interés. De esta manera se pueden purificar las células diana, mediante la expresión del gen
reporter y/o por la resistencia al antibiótico.
• Uso de biomateriales (“scaffolds”) o cultivos en 3D (tres dimensiones)
Más recientemente, se ha empezado a trabajar en la organización tridimensional de las células en diferenciación con las técnicas de ingeniería tisular. Con ello se favorecen los contactos entre células que son indispensables para la comunicación, diferenciación, maduración y organización de las células. Además los materiales usados para generar los andamiajes celulares podrían ser transplantados con ellas ya que en muchas ocasiones son biodegradables (76). Sobretodo, se han hecho estudios en este campo con células madre adultas para la diferenciación de osteoblastos y cardomiocitos. Otros grupos también trabajan en cultivos 3D con distintos componentes de la matriz extracelular, así como laminina, matrigel o colágeno (45, 169, 170).