Células madre embrionarias - Embryonic stem cell

Células madre embrionarias humanas en cultivo celular

Pluripotente: las células madre embrionarias pueden convertirse en cualquier tipo de célula, excepto las de la placenta. Solo las células madre embrionarias de la mórula son totipotentes : capaces de convertirse en cualquier tipo de célula, incluidas las de la placenta.

Las células madre embrionarias ( ES células o CES ) son pluripotentes células madre derivadas de la masa celular interna de un blastocisto , una etapa inicial de la pre implantación del embrión . Los embriones humanos alcanzan la etapa de blastocisto 4 a 5 días después de la fertilización , momento en el que constan de 50 a 150 células. El aislamiento del embrioblasto , o masa celular interna (ICM), da como resultado la destrucción del blastocisto, un proceso que plantea problemas éticos , incluso si los embriones en la etapa previa a la implantación tienen o no las mismas consideraciones morales que los embriones en la etapa posterior a la implantación de desarrollo.

Los investigadores se están centrando actualmente en gran medida en el potencial terapéutico de las células madre embrionarias, siendo el uso clínico el objetivo de muchos laboratorios. Los usos potenciales incluyen el tratamiento de la diabetes y las enfermedades cardíacas . Las células se están estudiando para su uso como terapias clínicas, modelos de trastornos genéticos y reparación celular / del ADN. Sin embargo, también se han reportado efectos adversos en la investigación y procesos clínicos como tumores y respuestas inmunes no deseadas .

Propiedades

El transcriptoma de las células madre embrionarias

Las células madre embrionarias (ESC), derivadas de la etapa de blastocisto de los embriones de mamíferos tempranos, se distinguen por su capacidad para diferenciarse en cualquier tipo de célula embrionaria y por su capacidad de autorrenovación. Son estos rasgos los que los hacen valiosos en los campos científico y médico. Las ESC tienen un cariotipo normal , mantienen una alta actividad de la telomerasa y exhiben un notable potencial proliferativo a largo plazo .

Pluripotente

Las células madre embrionarias de la masa celular interna son pluripotentes , lo que significa que pueden diferenciarse para generar ectodermo primitivo, que en última instancia se diferencia durante la gastrulación en todos los derivados de las tres capas germinales primarias : ectodermo , endodermo y mesodermo . Estas capas germinales generan cada uno de los más de 220 tipos de células del cuerpo humano adulto. Cuando se les proporcionan las señales apropiadas, las ESC forman inicialmente células precursoras que posteriormente se diferencian en los tipos de células deseados. La pluripotencia distingue las células madre embrionarias de las células madre adultas , que son multipotentes y solo pueden producir un número limitado de tipos de células.

Autorrenovación y reparación de estructura.

En condiciones definidas, las células madre embrionarias son capaces de autorrenovarse indefinidamente en un estado indiferenciado. Las condiciones de autorrenovación deben evitar que las células se agrupen y mantener un entorno que admita un estado no especializado. Normalmente, esto se hace en el laboratorio con medios que contienen suero y factor inhibidor de leucemia o suplementos de medios sin suero con dos fármacos inhibidores ("2i"), el inhibidor de MEK PD03259010 y el inhibidor de GSK-3 CHIR99021.

Crecimiento

Los ESC se dividen con mucha frecuencia debido a una fase G1 acortada en su ciclo celular . La división celular rápida permite que las células crezcan rápidamente en número, pero no en tamaño, lo cual es importante para el desarrollo temprano del embrión. En las ESC, las proteínas ciclina A y ciclina E involucradas en la transición G1 / S siempre se expresan en niveles altos. Las quinasas dependientes de ciclina como CDK2 que promueven la progresión del ciclo celular son hiperactivas, en parte debido a la regulación a la baja de sus inhibidores. Las proteínas del retinoblastoma que inhiben el factor de transcripción E2F hasta que la célula está lista para entrar en la fase S se hiperfosforilan e inactivan en las ESC, lo que conduce a la expresión continua de genes de proliferación. Estos cambios dan como resultado ciclos acelerados de división celular. Aunque los niveles altos de expresión de proteínas pro-proliferativas y una fase G1 acortada se han relacionado con el mantenimiento de la pluripotencia, las ESC que crecen en condiciones 2i sin suero expresan proteínas de retinoblastoma activas hipofosforiladas y tienen una fase G1 alargada. A pesar de esta diferencia en el ciclo celular en comparación con las ESC cultivadas en medios que contienen suero, estas células tienen características pluripotentes similares. Los factores de pluripotencia Oct4 y Nanog juegan un papel en la regulación transcripcional del ciclo celular ESC.

Usos

Debido a su plasticidad y capacidad potencialmente ilimitada de autorrenovación, se han propuesto terapias con células madre embrionarias para la medicina regenerativa y el reemplazo de tejidos después de una lesión o enfermedad. Las células madre pluripotentes han demostrado ser prometedoras en el tratamiento de diversas afecciones, que incluyen, entre otras: lesiones de la médula espinal , degeneración macular relacionada con la edad , diabetes , trastornos neurodegenerativos (como la enfermedad de Parkinson ), SIDA , etc. Además de su potencial en En la medicina regenerativa, las células madre embrionarias proporcionan una posible fuente alternativa de tejidos / órganos que sirve como una posible solución al dilema de la escasez de donantes. Sin embargo, existen algunas controversias éticas en torno a esto (consulte la sección Debate ético a continuación). Aparte de estos usos, los ESC también se pueden utilizar para la investigación sobre el desarrollo humano temprano, ciertas enfermedades genéticas y pruebas de toxicología in vitro .

Utilizaciones

Según un artículo de 2002 en PNAS , "las células madre embrionarias humanas tienen el potencial de diferenciarse en varios tipos de células y, por lo tanto, pueden ser útiles como fuente de células para trasplantes o ingeniería de tejidos".

Ingeniería de tejidos

En ingeniería de tejidos , se ha descubierto recientemente el uso de células madre y se sabe que es importante. Para diseñar con éxito un tejido, las células utilizadas deben ser capaces de realizar una función biológica específica, como la secreción de citocinas, la señalización de moléculas, la interacción con las células vecinas y la producción de una matriz extracelular en la organización correcta. Las células madre demuestran estas funciones biológicas específicas junto con la capacidad de autorrenovarse y diferenciarse en uno o más tipos de células especializadas. Las células madre embrionarias son una de las fuentes actuales que se están considerando para el uso de la ingeniería de tejidos. El uso de células madre embrionarias humanas ha abierto muchas posibilidades nuevas para la ingeniería de tejidos, sin embargo, hay muchos obstáculos que deben superarse antes de que se puedan utilizar las células madre embrionarias humanas. Se teoriza que si las células madre embrionarias se pueden alterar para que no provoquen la respuesta inmunitaria cuando se implantan en el paciente, este sería un paso revolucionario en la ingeniería de tejidos.

Cuerpos embrioides 24 horas después de su formación.

Sin embargo, las células madre embrionarias no se limitan a la ingeniería celular / tisular.

Terapias de reemplazo celular

La investigación actual se centra en diferenciar las ESC en una variedad de tipos de células para su uso eventual como terapias de reemplazo celular (TRC). Algunos de los tipos de células que tienen o se están desarrollando actualmente incluyen cardiomiocitos (CM), neuronas , hepatocitos , células de la médula ósea , células de los islotes y células endoteliales . Sin embargo, la derivación de estos tipos de células a partir de ESC no está exenta de obstáculos, por lo que la investigación actual se centra en superar estas barreras. Por ejemplo, se están realizando estudios para diferenciar las ESC en MC específicas de tejido y para erradicar sus propiedades inmaduras que las distinguen de las MC adultas.

Potencial clínico

Los investigadores han diferenciado las ESC en células productoras de dopamina con la esperanza de que estas neuronas puedan usarse en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson.
Los ESC se han diferenciado en células asesinas naturales (NK) y tejido óseo.
Se están realizando estudios que involucran a los CES para proporcionar un tratamiento alternativo para la diabetes. Por ejemplo, D'Amour et al. pudieron diferenciar las ESC en células productoras de insulina y los investigadores de la Universidad de Harvard pudieron producir grandes cantidades de células beta pancreáticas a partir de ES.
Un artículo publicado en European Heart Journal describe un proceso traslacional de generación de células progenitoras cardíacas derivadas de células madre embrionarias humanas para su uso en ensayos clínicos de pacientes con insuficiencia cardíaca grave.

Descubrimiento de medicamento

Además de convertirse en una alternativa importante a los trasplantes de órganos, los ESC también se están utilizando en el campo de la toxicología y como pantallas celulares para descubrir nuevas entidades químicas (NCE) que se pueden desarrollar como fármacos de moléculas pequeñas. Los estudios han demostrado que los cardiomiocitos derivados de las ESC son modelos in vitro validados para probar las respuestas a los fármacos y predecir los perfiles de toxicidad. Se ha demostrado que los cardiomiocitos derivados de ES responden a estímulos farmacológicos y, por lo tanto, se pueden usar para evaluar la cardiotoxicidad como Torsades de Pointes .

Los hepatocitos derivados de ESC también son modelos útiles que podrían usarse en las etapas preclínicas del descubrimiento de fármacos. Sin embargo, el desarrollo de hepatocitos a partir de ESC ha demostrado ser un desafío y esto dificulta la capacidad de probar el metabolismo de los fármacos. Por lo tanto, la investigación actual se centra en establecer hepatocitos derivados de ESC completamente funcionales con actividad enzimática estable de fase I y II.

Modelos de trastorno genético

Varios estudios nuevos han comenzado a abordar el concepto de modelar trastornos genéticos con células madre embrionarias. Ya sea manipulando genéticamente las células o, más recientemente, derivando líneas celulares enfermas identificadas mediante diagnóstico genético prenatal (PGD), modelar los trastornos genéticos es algo que se ha logrado con las células madre. Este enfoque puede resultar muy útil en el estudio de trastornos como el síndrome del X frágil , la fibrosis quística y otras enfermedades genéticas que no tienen un sistema modelo confiable.

Yury Verlinsky , un investigador médico ruso-estadounidense que se especializó en genética embrionaria y celular ( citología genética ), desarrolló métodos de prueba de diagnóstico prenatal para determinar trastornos genéticos y cromosómicos un mes y medio antes que la amniocentesis estándar . En la actualidad, muchas mujeres embarazadas y futuros padres utilizan las técnicas, especialmente las parejas que tienen antecedentes de anomalías genéticas o en las que la mujer tiene más de 35 años (cuando el riesgo de trastornos relacionados genéticamente es mayor). Además, al permitir que los padres seleccionen un embrión sin trastornos genéticos, tienen el potencial de salvar las vidas de hermanos que ya tenían trastornos y enfermedades similares utilizando células de la descendencia libre de enfermedades.

Reparación de daños en el ADN

Las células somáticas diferenciadas y las células madre embrionarias utilizan diferentes estrategias para hacer frente al daño del ADN. Por ejemplo, los fibroblastos del prepucio humano, un tipo de célula somática, utilizan la unión de extremos no homólogos (NHEJ) , un proceso de reparación de ADN propenso a errores, como la vía principal para reparar roturas de doble cadena (DSB) durante todas las etapas del ciclo celular. Debido a su naturaleza propensa a errores, NHEJ tiende a producir mutaciones en los descendientes clonales de una célula.

Las células madre embrionarias utilizan una estrategia diferente para hacer frente a los DSB. Debido a que las células madre embrionarias dan lugar a todos los tipos de células de un organismo, incluidas las células de la línea germinal, las mutaciones que surgen en las células madre embrionarias debido a una reparación defectuosa del ADN son un problema más grave que en las células somáticas diferenciadas. En consecuencia, se necesitan mecanismos robustos en las células madre embrionarias para reparar con precisión los daños en el ADN y, si la reparación falla, para eliminar aquellas células con daños en el ADN sin reparar. Por tanto, las células madre embrionarias de ratón utilizan predominantemente la reparación recombinacional homóloga (HRR) de alta fidelidad para reparar las DSB. Este tipo de reparación depende de la interacción de los dos cromosomas hermanos formados durante la fase S y presentes juntos durante la fase G2 del ciclo celular. HRR puede reparar con precisión los DSB en un cromosoma hermano utilizando información intacta del otro cromosoma hermano. Las células en la fase G1 del ciclo celular (es decir, después de la metafase / división celular pero antes de la siguiente ronda de replicación) tienen solo una copia de cada cromosoma (es decir, los cromosomas hermanos no están presentes). Las células madre embrionarias de ratón carecen de un punto de control G1 y no sufren una detención del ciclo celular al adquirir daño en el ADN. Más bien sufren una muerte celular programada (apoptosis) en respuesta al daño del ADN. La apoptosis se puede utilizar como una estrategia a prueba de fallos para eliminar las células con daños en el ADN sin reparar con el fin de evitar la mutación y la progresión al cáncer. De acuerdo con esta estrategia, las células madre ES de ratón tienen una frecuencia de mutación aproximadamente 100 veces menor que la de las células somáticas isogénicas de ratón.

Ensayo clínico

El 23 de enero de 2009, los ensayos clínicos de fase I para el trasplante de oligodendrocitos (un tipo de célula del cerebro y la médula espinal) derivados de células madre embrionarias humanas en individuos con lesión de la médula espinal recibieron la aprobación de la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA), marcando Es el primer ensayo en humanos con células madre embrionarias humanas del mundo. El estudio que condujo a este avance científico fue realizado por Hans Keirstead y sus colegas de la Universidad de California, Irvine, con el apoyo de Geron Corporation de Menlo Park, CA , fundada por Michael D. West , PhD. Un experimento anterior había mostrado una mejora en la recuperación locomotora en ratas con lesión de la médula espinal después de un trasplante retrasado de 7 días de células madre embrionarias humanas que habían sido empujadas a un linaje oligodendrocítico. El estudio clínico de fase I fue diseñado para inscribir entre ocho y diez parapléjicos que han tenido sus lesiones no más de dos semanas antes de que comience el ensayo, ya que las células deben inyectarse antes de que se pueda formar tejido cicatricial. Los investigadores enfatizaron que no se esperaba que las inyecciones curaran completamente a los pacientes y restauraran toda la movilidad. Con base en los resultados de los ensayos con roedores, los investigadores especularon que podría ocurrir la restauración de las vainas de mielina y un aumento de la movilidad. Este primer ensayo se diseñó principalmente para probar la seguridad de estos procedimientos y, si todo iba bien, se esperaba que condujera a estudios futuros que involucren a personas con discapacidades más graves. El ensayo se suspendió en agosto de 2009 debido a las preocupaciones de la FDA con respecto a una pequeña cantidad de quistes microscópicos encontrados en varios modelos de ratas tratadas, pero la suspensión se levantó el 30 de julio de 2010.

En octubre de 2010, los investigadores inscribieron y administraron tecnologías ecológicamente racionales al primer paciente en Shepherd Center en Atlanta . Los creadores de la terapia con células madre, Geron Corporation , estimaron que se necesitarían varios meses para que las células madre se replicaran y para que la terapia GRNOPC1 se evaluara para determinar el éxito o el fracaso.

En noviembre de 2011, Geron anunció que detendría el ensayo y abandonaría la investigación con células madre por razones financieras, pero que continuaría monitoreando a los pacientes existentes y que estaba tratando de encontrar un socio que pudiera continuar con su investigación. En 2013 , BioTime , dirigido por el director ejecutivo Dr. Michael D. West , adquirió todos los activos de células madre de Geron, con la intención declarada de reiniciar el ensayo clínico basado en células madre embrionarias de Geron para la investigación de lesiones de la médula espinal .

La compañía de BioTime Asterias Biotherapeutics (NYSE MKT: AST) recibió un premio de asociación estratégica de $ 14.3 millones del Instituto de Medicina Regenerativa de California (CIRM) para reiniciar el primer ensayo clínico humano basado en células madre embrionarias del mundo, para la lesión de la médula espinal. Con el apoyo de fondos públicos de California, CIRM es el mayor financiador del mundo para la investigación y el desarrollo relacionados con las células madre.

El premio proporciona fondos para que Asterias reinicie el desarrollo clínico de AST-OPC1 en sujetos con lesión de la médula espinal y amplíe las pruebas clínicas de dosis crecientes en la población objetivo destinadas a futuros ensayos fundamentales.

AST-OPC1 es una población de células derivadas de células madre embrionarias humanas (hESC) que contiene células progenitoras de oligodendrocitos (OPC). Las OPC y sus derivados maduros llamados oligodendrocitos proporcionan un apoyo funcional fundamental para las células nerviosas de la médula espinal y el cerebro. Asterias presentó recientemente los resultados de las pruebas de ensayos clínicos de fase 1 de una dosis baja de AST-OPC1 en pacientes con lesión de la médula espinal torácica neurológicamente completa. Los resultados mostraron que AST-OPC1 se administró con éxito al sitio de la médula espinal lesionado. Los pacientes seguidos 2-3 años después de la administración de AST-OPC1 no mostraron evidencia de eventos adversos graves asociados con las células en evaluaciones de seguimiento detalladas que incluyen exámenes neurológicos frecuentes y resonancias magnéticas. El control inmunológico de los sujetos durante un año después del trasplante no mostró evidencia de respuestas inmunitarias celulares o basadas en anticuerpos a AST-OPC1. En cuatro de los cinco sujetos, las resonancias magnéticas seriadas realizadas durante el período de seguimiento de 2 a 3 años indican que puede haber ocurrido una reducción de la cavitación de la médula espinal y que AST-OPC1 puede haber tenido algunos efectos positivos en la reducción del deterioro del tejido de la médula espinal. No hubo degeneración neurológica inesperada o mejoría en los cinco sujetos del ensayo según lo evaluado por el examen de Estándares Internacionales para la Clasificación Neurológica de Lesiones de la Médula Espinal (ISNCSCI).

La subvención de la Asociación Estratégica III de CIRM proporcionará fondos a Asterias para respaldar el próximo ensayo clínico de AST-OPC1 en sujetos con lesión de la médula espinal y para los esfuerzos de desarrollo de productos de Asterias para refinar y escalar los métodos de fabricación para respaldar los ensayos en etapas posteriores y eventualmente comercialización. La financiación de CIRM estará condicionada a la aprobación de la FDA para el ensayo, la finalización de un acuerdo definitivo entre Asterias y CIRM, y el progreso continuo de Asterias hacia el logro de ciertos hitos predefinidos del proyecto.

Preocupación y controversia

Efectos adversos

La principal preocupación con el posible trasplante de ESC en pacientes como terapias es su capacidad para formar tumores, incluido el teratoma. Los problemas de seguridad llevaron a la FDA a suspender el primer ensayo clínico de la ESC; sin embargo, no se observaron tumores.

La principal estrategia para mejorar la seguridad de la ESC para un posible uso clínico es diferenciar la ESC en tipos de células específicos (por ejemplo, neuronas, músculos, células hepáticas) que tienen una capacidad reducida o eliminada de causar tumores. Después de la diferenciación, las células se someten a clasificación mediante citometría de flujo para una purificación adicional. Se predice que las ESC son intrínsecamente más seguras que las células IPS creadas con vectores virales de integración genética porque no están modificadas genéticamente con genes como c-Myc que están relacionados con el cáncer. No obstante, ESC expresa niveles muy altos de genes inductores de iPS y estos genes, incluido Myc, son esenciales para la autorrenovación y la pluripotencia de ESC, y es poco probable que las estrategias potenciales para mejorar la seguridad eliminando la expresión de c-Myc preserven la "madre" de las células. Sin embargo, se ha identificado que N-myc y L-myc inducen células iPS en lugar de c-myc con una eficacia similar. Los protocolos más recientes para inducir la pluripotencia evitan estos problemas por completo mediante el uso de vectores virales de ARN no integrantes, como el virus sendai o la transfección de ARNm .

Debate ético

Debido a la naturaleza de la investigación con células madre embrionarias, existen muchas opiniones controvertidas sobre el tema. Dado que la recolección de células madre embrionarias requiere la destrucción del embrión del que se obtienen esas células, el estado moral del embrión se cuestiona. Algunas personas afirman que la masa de células de 5 días de edad es demasiado joven para alcanzar la condición de persona o que el embrión, si se dona de una clínica de FIV (que es donde los laboratorios suelen adquirir los embriones), de lo contrario iría a la basura médica de todos modos. Los que se oponen a la investigación de la ESC afirman que un embrión es una vida humana, por lo tanto, destruirlo es un asesinato y el embrión debe ser protegido bajo la misma visión ética que un ser humano más desarrollado.

Historia

1964: Lewis Kleinsmith y G. Barry Pierce Jr. aislaron un solo tipo de célula de un teratocarcinoma , un tumor que ahora se conoce a partir de una célula germinal . Estas células se aislaron del teratocarcinoma replicado y crecieron en cultivo celular como una célula madre y ahora se conocen como células de carcinoma embrionario (CE). Aunque las similitudes en la morfología y el potencial de diferenciación ( pluripotencia ) llevaron al uso de células CE como modelo in vitro para el desarrollo temprano del ratón, las células CE albergan mutaciones genéticas y, a menudo, cariotipos anormales que se acumulan durante el desarrollo del teratocarcinoma . Estas aberraciones genéticas enfatizaron aún más la necesidad de poder cultivar células pluripotentes directamente de la masa celular interna .

Martin Evans reveló una nueva técnica para cultivar los embriones de ratón en el útero para permitir la derivación de células madre embrionarias.

1981: Las células madre embrionarias (células ME) se derivaron por primera vez de forma independiente a partir de embriones de ratón por dos grupos. Martin Evans y Matthew Kaufman del Departamento de Genética de la Universidad de Cambridge publicaron por primera vez en julio, revelando una nueva técnica para cultivar los embriones de ratón en el útero para permitir un aumento en el número de células, lo que permite la derivación de células madre embrionarias a partir de estos embriones. . Gail R. Martin , del Departamento de Anatomía de la Universidad de California, San Francisco , publicó su artículo en diciembre y acuñó el término "Célula madre embrionaria". Ella demostró que los embriones se pueden cultivar in vitro y que las células madre embrionarias pueden derivarse de estos embriones.
1989: Mario R. Cappechi, Martin J. Evans y Oliver Smithies publican su investigación que detalla su aislamiento y modificaciones genéticas de las células madre embrionarias, creando los primeros " ratones knockout ". Al crear ratones knockout, esta publicación brindó a los científicos una forma completamente nueva de estudiar las enfermedades.
1998: Un equipo de la Universidad de Wisconsin, Madison (James A. Thomson, Joseph Itskovitz-Eldor, Sander S. Shapiro, Michelle A. Waknitz, Jennifer J. Swiergiel, Vivienne S. Marshall y Jeffrey M. Jones) publica un artículo titulado "Líneas de células madre embrionarias derivadas de blastocistos humanos". Los investigadores detrás de este estudio no solo crearon las primeras células madre embrionarias, sino que reconocieron su pluripotencia, así como su capacidad de autorrenovación. El resumen del artículo señala la importancia del descubrimiento con respecto a los campos de la biología del desarrollo y el descubrimiento de fármacos.
2001: El presidente George W. Bush permite fondos federales para respaldar la investigación de aproximadamente 60 líneas de células madre embrionarias ya existentes en este momento. Dado que las líneas limitadas en las que Bush permitió la investigación ya se habían establecido, esta ley apoyó la investigación con células madre embrionarias sin plantear cuestiones éticas que pudieran surgir con la creación de nuevas líneas con cargo al presupuesto federal.
2006: los científicos japoneses Shinya Yamanaka y Kazutoshi Takashi publican un artículo que describe la inducción de células madre pluripotentes a partir de cultivos de fibroblastos de ratones adultos . Las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) son un gran descubrimiento, ya que aparentemente son idénticas a las células madre embrionarias y podrían usarse sin provocar la misma controversia moral.
Enero de 2009: La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) otorga la aprobación para el ensayo de fase I de Geron Corporation de su tratamiento derivado de células madre embrionarias humanas para lesiones de la médula espinal . El anuncio fue recibido con entusiasmo por parte de la comunidad científica, pero también con cautela por parte de los opositores a las células madre. Sin embargo, las células de tratamiento se derivaron de las líneas celulares aprobadas según la política ESC de George W. Bush .
Marzo de 2009: El presidente Barack Obama firma la Orden Ejecutiva 13505 , que elimina las restricciones impuestas a los fondos federales para las células madre humanas por la administración presidencial anterior. Esto permitiría a los Institutos Nacionales de Salud (NIH) proporcionar fondos para la investigación de hESC. El documento también establece que los NIH deben proporcionar pautas de financiación federal revisadas dentro de los 120 días posteriores a la firma de la orden.

Técnicas y condiciones de derivación y cultivo.

Derivación de humanos

La fertilización in vitro genera múltiples embriones. El excedente de embriones no se utiliza clínicamente o no es apto para su implantación en el paciente, por lo que el donante puede donarlo con su consentimiento. Las células madre embrionarias humanas pueden derivarse de estos embriones donados o, además, también pueden extraerse de embriones clonados utilizando una célula de un paciente y un óvulo donado. La masa celular interna (células de interés), de la etapa de blastocisto del embrión, se separa del trofectodermo, las células que se diferenciarían en tejido extraembrionario. Inmunocirugía, el proceso en el que los anticuerpos se unen al trofectodermo y se eliminan con otra solución, y se realiza una disección mecánica para lograr la separación. Las células de masa de células internas resultantes se colocan en placas sobre células que proporcionarán soporte. Las células de la masa celular interna se adhieren y se expanden aún más para formar una línea celular embrionaria humana, que no se diferencian. Estas células se alimentan diariamente y se separan enzimática o mecánicamente cada cuatro a siete días. Para que se produzca la diferenciación, la línea de células madre embrionarias humanas se extrae de las células de soporte para formar cuerpos embrioides, se cocultiva con un suero que contiene las señales necesarias o se injerta en un andamio tridimensional para obtener el resultado.

Derivación de otros animales

Las células madre embrionarias se derivan de la masa celular interna del embrión temprano , que se extraen del animal madre donante. Martin Evans y Matthew Kaufman informaron sobre una técnica que retrasa la implantación del embrión, lo que permite que aumente la masa celular interna. Este proceso incluye la extirpación de los ovarios de la madre donante y la dosificación de progesterona , lo que cambia el entorno hormonal, lo que hace que los embriones permanezcan libres en el útero. Después de 4 a 6 días de este cultivo intrauterino, los embriones se recolectan y se cultivan en cultivo in vitro hasta que la masa celular interna forma "estructuras con forma de cilindro de huevo", que se disocian en células individuales y se colocan en placas sobre fibroblastos tratados con mitomicina-c. (para prevenir la mitosis de fibroblastos ). Las líneas de células clonales se crean al crecer una sola célula. Evans y Kaufman demostraron que las células desarrolladas a partir de estos cultivos podrían formar teratomas y cuerpos embrioides , y diferenciarse in vitro, todo lo cual indica que las células son pluripotentes .

Gail Martin derivó y cultivó sus células madre embrionarias de manera diferente. Extrajo los embriones de la madre donante aproximadamente 76 horas después de la cópula y los cultivó durante la noche en un medio que contenía suero. Al día siguiente, extrajo la masa celular interna del blastocisto tardío mediante microcirugía . La masa celular interna extraída se cultivó en fibroblastos tratados con mitomicina-c en un medio que contenía suero y acondicionada por células madre embrionarias. Después de aproximadamente una semana, crecieron colonias de células. Estas células crecieron en cultivo y demostraron características pluripotentes , como lo demuestra la capacidad de formar teratomas , diferenciarse in vitro y formar cuerpos embrioides . Martin se refirió a estas células como células madre embrionarias.

Ahora se sabe que las células alimentadoras proporcionan el factor inhibidor de la leucemia (LIF) y el suero proporciona proteínas morfogenéticas óseas (BMP) que son necesarias para evitar que las células madre embrionarias se diferencien. Estos factores son extremadamente importantes para la eficiencia de la obtención de células madre embrionarias. Además, se ha demostrado que diferentes cepas de ratón tienen diferentes eficiencias para aislar células madre embrionarias. Los usos actuales de las células madre embrionarias de ratón incluyen la generación de ratones transgénicos , incluidos los ratones knockout . Para el tratamiento en humanos, existe la necesidad de células pluripotentes específicas del paciente. La generación de células madre embrionarias humanas es más difícil y se enfrenta a problemas éticos. Por lo tanto, además de la investigación con células madre embrionarias humanas, muchos grupos se centran en la generación de células madre pluripotentes inducidas (células iPS).

Métodos potenciales para la derivación de nuevas líneas celulares

El 23 de agosto de 2006, la edición en línea de la revista científica Nature publicó una carta del Dr. Robert Lanza (director médico de Advanced Cell Technology en Worcester, MA) en la que afirmaba que su equipo había encontrado una manera de extraer células madre embrionarias sin destruir las células madre reales. embrión. Este logro técnico potencialmente permitiría a los científicos trabajar con nuevas líneas de células madre embrionarias derivadas con fondos públicos en los EE. UU., Donde la financiación federal se limitaba en ese momento a la investigación con líneas de células madre embrionarias derivadas antes de agosto de 2001. En marzo de 2009, se levantó la limitación.

Las células madre embrionarias humanas también se han obtenido mediante transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) . Este enfoque también se ha denominado a veces "clonación terapéutica" porque SCNT tiene similitud con otros tipos de clonación en que los núcleos se transfieren de una célula somática a un cigoto enucleado. Sin embargo, en este caso, SCNT se utilizó para producir líneas de células madre embrionarias en un laboratorio, no organismos vivos a través de un embarazo. La parte "terapéutica" del nombre se incluye debido a la esperanza de que las células madre embrionarias producidas por SCNT puedan tener utilidad clínica.

Células madre pluripotentes inducidas

La tecnología iPSC fue pionera en el laboratorio de Shinya Yamanaka en Kyoto , Japón , quien demostró en 2006 que la introducción de cuatro genes específicos que codifican factores de transcripción podría convertir células adultas en células madre pluripotentes. Fue galardonado con el Premio Nobel de 2012 junto con Sir John Gurdon "por el descubrimiento de que las células maduras se pueden reprogramar para volverse pluripotentes".

En 2007 se demostró que se pueden generar células madre pluripotentes muy similares a las células madre embrionarias mediante la entrega de tres genes ( Oct4 , Sox2 y Klf4 ) a células diferenciadas. La entrega de estos genes "reprograma" las células diferenciadas en células madre pluripotentes, lo que permite la generación de células madre pluripotentes sin el embrión. Debido a que las preocupaciones éticas con respecto a las células madre embrionarias normalmente se refieren a su derivación de embriones terminados, se cree que la reprogramación de estas "células madre pluripotentes inducidas" (células iPS) puede ser menos controvertida. Tanto las células humanas como las de ratón pueden reprogramarse mediante esta metodología, generando tanto células madre pluripotentes humanas como células madre pluripotentes de ratón sin embrión.

Esto puede permitir la generación de líneas de células ES específicas del paciente que podrían usarse potencialmente para terapias de reemplazo celular. Además, esto permitirá la generación de líneas de células ES de pacientes con una variedad de enfermedades genéticas y proporcionará modelos invaluables para estudiar esas enfermedades.

Sin embargo, como primer indicio de que la tecnología de células madre pluripotentes inducidas (iPS) puede conducir en rápida sucesión a nuevas curas, fue utilizada por un equipo de investigación encabezado por Rudolf Jaenisch del Whitehead Institute for Biomedical Research en Cambridge , Massachusetts , para curar ratones de anemia de células falciformes , según lo informado por la edición en línea de la revista Science el 6 de diciembre de 2007.

El 16 de enero de 2008, una empresa con sede en California, Stemagen, anunció que habían creado los primeros embriones humanos clonados maduros a partir de células cutáneas individuales extraídas de adultos. Estos embriones se pueden recolectar para obtener células madre embrionarias compatibles con el paciente.

Contaminación por reactivos utilizados en cultivo celular.

La edición en línea de Nature Medicine publicó un estudio el 24 de enero de 2005, que declaró que las células madre embrionarias humanas disponibles para la investigación financiada con fondos federales están contaminadas con moléculas no humanas del medio de cultivo utilizado para hacer crecer las células. Es una técnica común utilizar células de ratón y otras células animales para mantener la pluripotencia de las células madre en división activa. El problema se descubrió cuando se descubrió que el ácido siálico no humano en el medio de crecimiento comprometía los usos potenciales de las células madre embrionarias en humanos, según científicos de la Universidad de California en San Diego .

Sin embargo, un estudio publicado en la edición en línea de Lancet Medical Journal el 8 de marzo de 2005 detallaba información sobre una nueva línea de células madre derivada de embriones humanos en condiciones completamente libres de células y suero. Después de más de 6 meses de proliferación indiferenciada, estas células demostraron el potencial para formar derivados de las tres capas germinales embrionarias tanto in vitro como en teratomas . Estas propiedades también se mantuvieron con éxito (durante más de 30 pases) con las líneas de células madre establecidas.

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