REPORTE CIENTÍFICO

Células madre: definiciones yaproximación conceptual

Fabricio González-Andrade 1,2, Ramiro López-Pulles 3,4

La investigación avanzada en células madre trata sobre como un organismo desarrolla de una simple célula unorganismo adulto o como reemplaza las células dañadas. Está es una prometedora área de investigación que per-mitirá el desarrollo de terapias celulares que son llamadas Medicina Regenerativa o Reparativa. Las stem cellsson hoy por hoy la más fascinante área de la biología, que está expandiéndose rápidamente y generando nuevosdescubrimientos. En esta revisión tratamos sobre conceptos básicos enfocados en el origen de las células y susaplicaciones en la medicina.

Rev Fac Cien Med (Quito) 2009; 34: 64–70.

Resumen

E-mail:fabriciogonzaleza@yahoo.es

Palabras claveCélulas madre, células madre

adultas, células madre embrio-narias, medicina regenerativa..

Recibido:22 – Abril - 2009

Aceptado:29 – Mayo - 2009

En marzo de 2009, el Presidente de los EstadosUnidos de América, Barack Obama, firmó unanueva ley que permite el uso de fondos federalespara la investigación de células madre embrionariashumanas, [hES, human embryonic stem cells, porsus siglas en Inglés], revocando de esta manerala prohibición impuesta en el 2001 por supredecesor [1]. Esta es la puerta en el nuevomilenio a la biotecnología más promisoria detodos los tiempos, la regeneración celular y el usoterapéutico de células madre.La investigación avanzada en células madre estudialos mecanismos que permiten a un organismo sudesarrollo a partir de una “simple” célula y comoéste reemplaza las células dañadas. Está es unaprometedora área de investigación que permitiráel desarrollo de terapias celulares conocidascomo Medicina Regenerativa. Las célulasmadre son hoy por hoy la más fascinante áreade la biología, que está expandiéndose rápidamentey generando nuevos descubrimientos.

IntroducciónEsta revisión pretende explicar la terminología yconceptos básicos del estudio de las célulasmadre. Si el advenimiento de los antibióticos obródramáticamente en la evolución y pronostico de lasinfecciones cambiando los paradigmas vigentes, eldescubrimiento de las stem cells y su utilizaciónterapéutica significará, posiblemente, la superacióndel transplante de órganos deficientes por laregeneración de los mismos.

Las primeras publicaciones específicas sobre estetema datan de 1985 [2,3]. En los países de la Europaoriental (Ucrania, Georgia, la ex URSS), las célulasmadre de origen embriónico-fetales se vienenusando desde hace mas de 30 años. El Institutopara Problemas de Criobiología yCriopreservacion de Kharkov, Ucrania, ha seguidola evolución hasta por 10 años de 2.925 pacientesimplantados con células madre embrionico-fetalesdesde 1986, usando stem cells hematopoyéticas

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1. Departamento de Patología yMedicina Forense,

Universidad de Zaragoza,Zaragoza – España

2. Departamento de Medicina,Hospital Metropolitano.

Quito – Ecuador3. Proceso de Ciencia y

Tecnología, Ministerio de SaludPública del Ecuador.

Quito – Ecuador4. Unidad de Citogenética

Humana, Centro de Biomedicina,Universidad Central del Ecuador.

Quito - Ecuador

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Apuntes históricos

REPORTE CIENTÍFICOfetales de tejido hepático humano [4]. Un sinnúmerode pacientes con trastornos post irradiación luegode la explosión atómica de Chernobyl (Ucrania)en 1972, fue tratado también con tales implantes[5]. A principios de la década de 1970, DonnalThomas demostró que leucemias, anemias aplásticasy enfermedades genéticas podían ser curadas

con trasplante de médula ósea, el primer mássignificativo ejemplo del potencial terapéuticodel trasplante de células madre.Algunos hitos históricos en el estudio de las célulasmadre de resumen en la tabla 1.

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Las células madre totipotentes (también llamadasomnipotentes) son aquellas que pueden diferenciarseen tejidos embrionarios y extraembrionarios. Esascélulas son producidas por la fusión de un óvulo yun espermatozoide; las primeras células productode la división del cigoto son totipotentes.Se denominan Pluripotentes a las células madreembrionarias provenientes de la masa celularinterna del blastocisto y que descendienden delas totipotentes, figura 1. Las stem cells puedentransformarse en cualquier tejido del cuerpo,excluyendo a la placenta, solamente las célulastotipotentes pueden lograrlo.Multipotentes son células madre que puedendiferenciarse en otra célula pero solamente defamilias celulares cercanas; por ejemplo, las célulashematopoyéticas se diferencian en eritrocitos,leucocitos, plaquetas y demás. Sin embargo ycomo veremos más adelante, algunas célulasconsideradas multipotentes han demostrado darorigen a células de las tres capas embrionarias. Las células madre Oligopotentes pueden diferenciarseúnicamente en unos pocos grupos celulares, porejemplo, las células mieloides y linfoides.Por último, de denominan Unipotentes a lascélulas madre que pueden producir una solalínea celular; la suya propia, pero tienen la propiedadde auto-renovarse, característica que las distinguede las células que no son stem cells.

Las células madre provienen de 4 fuentes distintascomo se explica en la tabla 2.A partir de su origen, las células madre seclasifican en los siguientes subtipos:

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Las células madre, stem cells o células troncalesson aquellas capaces, en general, de sostenerilimitados ciclos de división (mitosis) perpetuandoindefinidamente la misma estirpe original pero concapacidad para diferenciarse, dejar de ser unastem y convertirse en una de las 200 variedadescelulares especializadas y cesar así sus divisiones [6].Son el reservorio normal de las nuevas células queresulten necesarias para reemplazar las dañadas omuertas. Conservan la capacidad de multiplicarseal ser requeridas, lo que culminara con sudiferenciación en células del tejido a reparar.Las enfermedades del adulto a escala celular,pueden ser causadas por muchas, pocas odefectuosas divisiones celulares [6]. El primer casoderivará en tumores; el segundo en imposibilidadde reparar tejidos u órganos dañados, como enlesiones de médula espinal o corazón infartado,mientras que ejemplos de división celular conproducto deficiente son la hemofilia o la diabetes;en ambos casos por falta de producción de algunasustancia (factores de coagulación e insulina).Hasta ahora se preconizó la cirugía y la farmacologíapara tratar tales enfermedades. La vertiginosacarrera emprendida en pos del conocimiento másprofundo de la reparación de órganos y lasfunciones de las stem cells, provocó un saltocualitativo al descubrir que órganos hasta hoyconsiderados post-mitóticos o adultamentediferenciados y no regenerables, como en elcaso del corazón, son realmente capaces deregenerarse, grupos de investigadores han encontradoevidencias de ello [7]. Pero, ¿por qué no lo hacenen forma completa y espontánea ante cualquierevidencia de daño tisular?, si bien no sucede así,hoy conocemos que podemos inducirlo [8], y secomienza a valorar la actividad de las stem cellsque cada organismo adulto conservó [9]. La definición clásica de células madrerequiere que estas posean dos característicasfundamentales:

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Definición

Auto-renovación: la habilidad de pasar através de numerosos ciclos de división celular(mitosis) mientras mantiene un estado sindiferenciar.Potencia: entendida como la capacidad dediferenciarse en células especializadas.

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Células madre adultas: Actualmente lanomenclatura las denomina célu lasmult ipotentes progenitoras adultas. La aludidarestricción en el desarrollo potencial de talescélulas adultas en algunos órganos explica lanecesidad de nuevas fuentes para obtenerlas.Aquellos que carecen de una población destem cells progenitoras multipotentes a lo largo

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Potencialidad

Origen y clasificación

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de la vida, no serán capaces de auto-repararse.No se explica aún la causa de que algunosórganos posean y otros carezcan de talespoblaciones celulares. Los tejidos deficientesde este tipo de células son principalmente elcerebro, el corazón, la médula espinal, el ojo yel riñón. Sin embargo, recientemente se hacomunicado sobre pequeñas poblacionespresentes también en esos órganos [8]. Estaspequeñas poblaciones celulares jugaríanun rol importantísimo en el proceso deregeneración inducida que sería disparadopor las stem cells implantadas, en cuyo caso,otra línea investigativa se avizora: la búsquedade los factores que disparen o induzcan talrespuesta en calidad y/o cantidades mayoresque las habituales ante el daño tisular.Mucho se ha especulado sobre el tipo decélula en la que puede devenir una célulamultipotente progenitora adulta; así, sisolamente daría origen a otra célula deltejido del cual proviene o a lo sumo de algúnotro tejido proveniente de la misma capa

Figura 1. Diferenciación celular, cortesía del NIH para su difusión en materialeseducativos (http://stemcells.nih.gov)

debería expresar los genes cuyos productos lainhiban. En los tejidos, además, el medio debeinhibir también la división celular salvo quenuevas células sean necesarias. Un aportefundamental [11] fue encontrar que el factor decrecimiento de fibroblastos 4 (FGF4), que utilizaheparina como co-factor, era tan necesariocomo las capas nutrientes de los fibroblastospara mantener a las stem cells trofoblásticasen estado de indiferenciación. La inyecciónde estas células en el blastocisto solo produjotejidos trofoblásticos. Otras células madre que despertaron graninterés son las fetales o embriónico-fetales. Seobtienen de donaciones de tejidos fetalesentre la 5 y 12va semana de gestación. Laventana de 5-12 semanas resulta ventajosapues antes de este período la totipotencialidadde las células, cercana al 100%, su bajo gradode diferenciación y la alta tasa de mitosis quepresentan pueden generar teratomas. Por suparte, a partir de las 12 semanas, el sistemainmunitario HLA (Human Leukocyte Antigen)está ya desarrollado, por lo que el implante destem cells puede provocar rechazo inmunológicoen el receptor. Células madre embriónicas (hESc): Antes de laorganogénesis, los embriones de toda especieforman una comprimida colección de célulascon potencial para devenir en cualquier órganoo tejido (pluripotentes), figura 1. Descritas ini-cialmente en ratones, tienen la capacidad dedividirse in vitro incesante e infinitamente,además conservan la capacidad dediferenciación a cualquier tipo celular cuandoson expuestas al adecuado factor decrecimiento. Trabajos realizados a lo largode estos años muestran que pueden darorigen a células de las 3 capas embrionarias.Por ejemplo, hacia la formación de nervioscapaces de transmitir señales eléctricas yquímicas, similares a los corporales, de ahiel entusiasmo por desarrollar terapias deregeneración en Parkinson, Alzheimer, lesionesmedulares y degeneraciones de retina. Setrata de la familia celular más pluripotente detodas, por lo que poseen el mayor potencialterapéutico. Células madre por partenogénesis: Hastaahora solo obtenido en primates y a título

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embriológica. Sin embargo, este paradigmatambién se ha visto modificado luego devarias investigaciones de la Universidad deMinnesota que han demostrado que célu-las progenitoras adultas marcadas con ungen reportero implantadas en blastocistos deratas, generan progenies quiméricas [6].Examinados al nacer, se encontrarondichas células marcadas en cerebro, retina,hígado, intestino, riñón, bazo, médula ósea ypiel, lo que demostraría que pueden originarcélulas de ecto, meso y/o endodermo indistin-tamente, o que hubieran adquirido tal capaci-dad en el laboratorio. Otra de las puebasrealizadas consistió en inyectar células pro-genitoras adultas en un modelo animal.Luego de unos meses, estas mismas célulasfueron encontradas en sangre, médulaósea, bazo, pulmones, hígado e intestino.No se encontraron en músculo esqueléti-co, corazón, cerebro ni riñón; todos los teji-dos conocidos como carentes o deficitariosen stem cells o progenitoras adultas, lo quesugiere que rigurosos mecanismos de controlsobre la población de stem cells en dichosórganos deben ser vencidos para que laterapia con las mismas sea efectiva [10].Células madre de tejidos fetales:Aproximadamente a las 12 semanas degestación los órganos primitivos estánformados. Durante los siguientes 6 mesesaumentan de tamaño y desarrollaran la habili-dad de funcionar independientementede la placenta. Como el feto crece muyrápidamente, todos los tejidos y órganos,incluso cerebro, contienen células madreprovenientes de 3 fuentes: trofoblasto, célulasgerminales primitivas y tejido fetal. Comocon muchos otros tipos celulares, la principaldificultad para obtener una poblaciónautoperpetuada de células provenientesdel trofoblasto fue la imposibilidad de impedirsu diferenciación. Pareciera que esto sucedecon todas las stem cells que, al menos encultivos de laboratorio, cesan de dividirse y sediferencian, sugiriendo que tal diferenciaciónes el proceso que por default acontece, lo queimplica una limitación natural al tamaño delos órganos y una barrera a la formación detumores. Si es así, el medio ambiente que soportatal estado de ausencia de diferenciación,

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d

REPORTE CIENTÍFICOexperimental. Se trata de la activación artificialde un huevo sin haber sido previamentefertilizado mediante modificaciones en el flujode calcio. La línea celular obtenida presenta lamisma característica que otras stem cellsembriónicas: cromosómicamente normales,capaces de interminables ciclos de crecimientoy división. Contienen significativas cantidadesde telomerasa, de la cual se cree juega un rolfundamental en el mantenimiento e integridadde los cromosomas a través de divisionessucesivas. Su pluripotencialidad fue demostra-da por la aparición de teratomas en modelosanimales. Estos resultados sugieren que si bienlos huevos activados partenogenéticamenteno darán origen a un individuo, pueden teóri-camente proveer células pluripotentes. Muchosinterrogantes e inconvenientes con esta líneacelular aún no han sido superados.Células madre por trasplante nuclear: Cadacélula del organismo es un reservorio de todoslos genes de un individuo. La única excepciónes el esperma maduro, que solo contiene lamitad, con poblaciones de esperma X o Y.Se comprobó que con material nuclear(cromosomas) de una célula implantada enun huevo, puede darse origen a un individuoidéntico al donante del material nuclear, sedenomino a esto clonación. Este tipo deprocedimiento podría utilizarse para crearstem cells a necesidad del propio individuo,con su propia carga genética. Las terapias dereemplazo genético podrían ayudar a millonesde diabéticos, hemofílicos, etc. Hoy en díaes objeto de restricciones por temor a laclonación humana.

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ConclusiónEl estudio actual de las células madre constituye elinicio de una nueva era en la comprensión ytratamiento de las enfermedades. Muchas de lasque hoy se tratan mediante terapéuticafármacológica y/o cirúrgica, posiblementeserán en el futuro tratadas con trasplante de stemcells, lo cual apunta a la base fundamental delproblema y su solución: la célula. Innumerablesenfermedades y deficiencias orgánicas pare-cen posibles de ser tratadas con stem cells; dia-

betes, cirrosis hepática, artritis, enfermedadesneurológicas (Alzheimer, Parkinson), lesionesmedulares, miocardiopatías dilatadas idiopáticas,infarto agudo de miocardio, anemias, leucemias ymuchas más. Figura 2.Indudablemente, existen grandes controversiasrespecto al estudio y potencial terapéutico de lascélulas madre. Las hay de orden religioso, político,social y también médicas. No está definitivamenteestablecido el mecanismo de acción regenerativode las stem cells. Resulta frecuente observar quediferentes grupos académicos postulan teoríasdistintas o diametralmente opuestas paraexplicarlo. No pueden dejarse de mencionartrabajos donde se duda o niega absolutamentela posibilidad de que tales propiedades de lasstem cells existan [12-15]. A pesar de ello, la cienciaavanza en su estudio y comprensión, el cualha sido comparado a conocer y entender lossecretos del Universo.

Figura 2. Posibles efectos de las Stem Cells en la terapia regenerativa, cortesía delNIH para su difusión en materiales educativos (http://stemcells.nih.gov)

Ninguno declarado por los autoresConflicto de interés

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ReferenciasDinan S. Obama 'guarantees' stem cell work[artículo de periódico en línea].The Washington Times 2009 02 jun.<http://www.washingtontimes.com/news/2009/feb/06/obama-guarantees-aiding-stem-cell/> Kochupillai V, Sharma S, Francis S, Mehra NK, Nanu A,Verma IC, et.al. Fetal liver infusion: an adjuvant in thetherapy of acute myeloid leukemia (AML). Prog ClinBiol Res 1985; 193: 267-79.Kochupillai V, Sharma S, Francis S, Mehra NK, Nanu A,Kalra V, et.al. Bone marrow reconstitution followinghuman fetal liver infusion (FLI) in sixteen severeaplastic anemia patients. Prog Clin Biol Res 1985;193: 251-65.Petrenko YA, Jones DR, Petrenko AY.Cryopreservation of human fetal liver hematopoieticstem/progenitor cells using sucrose as an additive tothe cryoprotective medium. Cryobiology 2008;57(3):195-200Hatch M, Ron E, Bouville A, Zablotska L, Howe G. TheChernobyl disaster: cancer following the accident atthe Chernobyl nuclear power plant. Epidemiol Rev2005; 27: 56-66.Kiessling A, Anderson S. Human embryonic stem cells.Sudbury: Jones and Bartlett Publishers; 2003.

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EDITORIALESDiabetes mellitus y DepresiónJuan-Carlos MaldonadoAseguramiento y calidadRuth LucioREPORTES DE I�VESTIGACIÓ�La depresión como factor de riesgopara un inadecuado control glicémi-co en pacientes con diabetes mellitusKarina Iturralde, Maribel ArévaloDiagnóstico de tromboembolia pul-monar mediante Angiotomografía(AngioTC): estudio en dos centrosdiagnósticos de la ciudad de QuitoPayuska Zambrano, Karina Mina,Rubén MacíasColonización de lavatorios conPseudomona aeruginosa en unidadesde neonatología y cuidados intensivosde un hospital en Cajamarca – PerúMarco Rivera-Jacinto, ClaudiaRodriguez-Ulloa, Gladys Huayán-DávilaPronóstico neurológico según lasaturación venosa en el bulbo de layugular en pacientes con traumacráneo-encefálico graveMario Orlando López, Nelson GustavoRemache, Jeanet Verónica Atiaja, RosaGuadalupe VillarealValores de referencia hematológicos enpoblación altoandina ecuatoriana, emple-ando analizador SYSMEX XE-2100®Klever Sáenz Flor, Luis Narváez,Marcelo CruzSkin rash in a woman with hairy cellleukaemiaVitorino Modesto dos Santos, GustavoBettarello, Fernando Henrique de Paula,Rodrigo Aires de Castro, Eula Lisle BrazLima, Thomas Edison Cintra OsterneFiebre por Dengue asociada a cole-cistitis alitiásica.Miguel Reina-Ortiz, Paúl Cárdenas,Marianela Arias

ACTUALIDAD

�uevas indexaciones de la Revista dela Facultad de Ciencias MédicasJuan Emilio Ocampo, Carlos Durán S.Pentavalente se elaborará enEcuadorDavid Guerrero

El Organismo �acional deTrasplantes y la actividad trasplan-tológica del paísFernando NaranjoSociedad Ecuatoriana de CuidadosPaliativos: primer año de actividadesPatricia GranjaARTICULO ESPECIAL

Darwin y la Medicina ModernaCésar Paz y MiñoSALUD PÚBLICA

Declaración sobre la ética y el uso dela evidencia científica y las guías depráctica clínica para la mejora de lacalidad de los servicios de salud:Declaración de HerediaREPORTE CIE�TÍFICOCélulas madre: definiciones y aproxi-mación conceptualFabricio González-Andrade, RamiroLópez-Pulles.IMÁGE�ES E� MEDICI�A�eurofibromatosis tipo IJosé Luis Cabrerizo, Begoña Zalba

EDUCACIO� MÉDICAEl Consentimiento Informado enAnestesiología – Parte II: La rela-ción médico-paciente como funda-mento del consentimiento informadoMaría Lorena Ibarra, Paulina Herrera,Victoria Chang-Huang

OBITUARIO

Fernando Aguinaga (1949 – 2009)

RECURSOS DE I�TERÉSPublicaciones recientes en revistasinternacionalesI�FORMACIÓ� DE LA REVISTAInstrucciones a los autores y normasde publicaciónComité Editorial de la Revista de laFacultad de Ciencias Médicas, U.C.E.

Charles DarwinShrewsbury, Inglaterra 12 de febre-ro de 1809. A los 22 años inició unaexpedición científica alrededordel mundo que duró 5 años, tiem-po crucial para modificar su pen-samiento acerca de la evoluciónde las especies. En 1859, tras másde 20 años de trabajo intenso,concluyó y publicó “El origen delas especies”, su obra insigne.Además, Darwin escribió: “Lavariación de los animales y plan-tas bajo la acción de la domesti-cación” (1868); “La descendenciahumana y la selección sexual”(1871); “Expresión de las emocio-nes en el hombre y los animales”(1872). El científico Charles Darwin murióen Down, en 1882. Sus restos des-cansan en la abadía deWestminster, Inglaterra.

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REVISTA DE LA FACULTAD DECIE�CIASMEDICASVol. 34; �º1-2; año 2009

ISS�: 0375-1066Indexada en:

LILACS - BIREME"Literatura Latinoamericana y del Caribe

en Ciencias de la Salud, CentroLatinoamericano y del Caribe de

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Ilustración: Bógar Chancay -monocromo-

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