Revisión bibliográfica

 

Retos de la medicina moderna en el siglo XXI: células madre. Esperanza y vida.

 

Días Leal, Yaíma1 (Cuba)
Martínez Martínez, Guillermo Yasser2 (Cuba)
Dechard Gómez, Giancarlo2 (Cuba)


Gómez Fors, Yadira3 (Cuba)

 

1 Estudiante de 2do año de Medicina.
2 Estudiantes de 4to año de Medicina.
3 Especialista de 1er Grado en Medicina General Integral. Máster en Atención Integral a la Mujer. Profesor instructor.
Universidad de Ciencias Médicas de Pinar del Río.
Facultad de Ciencias Médicas Dr. Ernesto Che Guevara Pinar del Río, Cuba.

 

 

RESUMEN
El avance en las investigaciones sobre células madre, está ampliando el campo del conocimiento acerca de cómo un organismo se desarrolla desde una simple célula, hasta de qué modo células sanas reemplazan a células dañadas. Esta promisoria área de la ciencia está impulsando a los científicos a investigar las posibilidades de aplicar terapias celulares para tratar enfermedades. Se realizó una revisión bibliográfica con el objetivo de describir las característicasbiológicas de las células madre, su uso potencial en la investigación y en el tratamiento de enfermedades, para lo cual se utilizaron69 citas bibliográficas. Se incluyó información sobre los tipos de células madre: embrionarias y adultas, sus funciones, características, aplicaciones potenciales y empleoen patologías como la Leucemia Linfoblástica Aguda en niños, enfermedad de Parkinson, Diabetes Mellitus y cirugía cardiovascular.
Palabras clave:células madre, Stem Cell, pluripotencialidad, multipotencialidad

 


INTRODUCCIÓN

Los avances de la medicina en el campo de la genética, por ende de laherencia, están modificando el paisaje del conocimiento médico de lasenfermedades. El cuerpo está hecho de células de diferentes tipos (por ejemplo, células de lasangre, células de la piel, células cervicales). Sin embargo, a menudo nos olvidamos de que todos estos tipos diferentes de células surgieron de una sola célula, el huevo fertilizado. Los biólogos del desarrollo estudian los extraordinarios eventos que ocurren entre el momento de la fertilización del huevo y la formación de un nuevo individuo. (1)
De manera natural, los tejidos del cuerpo a lo largo de la vida sufren un desgaste, del que se defienden desarrollando la capacidad intrínseca de autorenovar esos tejidos que se desgastan. De no existir esta renovación, se reduciría considerablemente la esperanza de vida de los seres vivos. Por otro lado, gran parte del amplio elenco de las enfermedades que afectan al ser humano, se basan en la degeneración y muerte de los distintos tejidos que conforman nuestro cuerpo. (2)
Los mecanismos de regeneración, reparación y renovación que posee el organismo son limitados y dependientes de la rapidez de instauración del daño o degeneración. De esta manera, la muerte de grandes cantidades de tejido de forma aguda, por ejemplo los infartos de miocardio o los cerebrales, no son susceptibles de ser reparados por los mecanismos naturales del organismo. Entran en escena las nuevas terapias con cultivo ytrasplantede células madre, que sirviéndose de su capacidad natural de regeneración y con la ayuda de las técnicas de trasplante desarrolladas estos últimos años, se abren como una posibilidad para el tratamiento de este tipo de enfermedades, ofreciendo así la oportunidad de trasplantar una fuente viva. (1,3)
Muchos descubrimientos médicos creen que los tratamientos con células madre tienen el sistema para curar enfermedades y aliviar el sufrimiento. Existen algunos tratamientos con células madre, pero la mayoría todavía se encuentra en una etapa experimental. Investigaciones médicas anticipan que un día, con el uso de la tecnología derivada de investigaciones para las células madre adultas y embrionarias, se podrá tratar el cáncer, la diabetes, las heridas en la espina dorsal y el daño en los músculos. (4)
Estetratamiento es utilizado en países como Estados Unidos, Japón, Gran Bretaña y Francia. La introducción en Cuba de la terapia celular regenerativa o la implantación de células madre para el tratamiento de la insuficiencia arterial crónica y de algunas otras enfermedades, ha tenido resultados favorables desde su inicio en 2004. Además, se encuentra entre los países de América Latina que más hanavanzado en el empleo de este método y ya se ha atendido con buenos resultados, a más de 500 pacientes, el 80 por ciento de ellos con problemas de insuficiencia arterial crónica. (5)
Al igual que sucede con cualquier asunto moral y ético, es probable que la controversia que gira en torno a la investigación de células madre, continúe por algún tiempo. No cabe duda de que estos nuevos descubrimientos marcarán una línea primordial en el campo de las nuevas terapias en medicina. La medicina reparadora, basada en el uso terapéutico de las células madre, sale al paso del gran aumento de incidencia que están sufriendo enfermedades de tipodegenerativo, que se asocian irremisiblemente al incremento de la esperanza de vida mundial y al envejecimiento de la población, especialmente en el mundo desarrollado. Todo lo expresado anteriormente nos ha motivado a la realización de esta revisión bibliográfica para incrementar nuestro conocimiento al respecto.

 


OBJETIVO
Describir las características biológicas de las células madre, su uso potencial en la investigación y en el tratamiento de enfermedades.

 


DESARROLLO
Una célula madre (“stem cell” en inglés) es una célula progenitora, que tiene capacidad deautorrenovarse mediante divisiones mitóticas o bien de continuar la vía de diferenciación para la que está programada y por lo tanto, producir células de uno o más tejidos maduros, funcionales y plenamente diferenciados en función de su grado de multipotencialidad. Funcionan como un sistema reparador del cuerpo. Algunas células madre adultas son capaces de diferenciarse en más de un tipo celular, como las células madre mesenquimales y las células madre hematopoyéticas; mientras que otras son precursoras directas de las células del tejido en el que se encuentran, como por ejemplo, las células madre de la piel o las células madre gonadales (células madregerminales). (1,4-7)
Existen dos tipos principales de células madre: células madre embrionarias y células madre adultas. (8-10) En un principio se pensó que las células madre especializadas, solo podían generar células especializadas del mismo tipo. Sin embargo, se ha observado que estas células pueden llegar a generar otras, con una especialización diferente de la original. Así, células madre neuronales de la médula espinal han producido diferentes tipos de células sanguíneas. Estudiosen ratas han obtenido células hepáticas partiendo de células madre de la médulaespinal. Cada día salen a la luz nuevosejemplos de células madre especializadas, que producen células especializadas diferentes de las esperadas. Esto demuestra que las células madre son mucho más flexibles de lo que se pensaba. (11-13)
Las células madre adultas tienen un gran potencial y quizá más facilidades que las células madre embrionarias, puesto que se puede partir de células del propio individuo y por tanto, con la misma carga genética. (13,14)
Las segundas, solo bajo ciertas condiciones fisiológicas o experimentales, se pueden inducir a que se conviertan en células con funciones especiales, tales como: células musculares cardíacas o células de páncreas que produzcan insulina. (6,8)
Los científicos trabajan sobre todo con dos clases de células madre de animales y seres humanos: células madre embrionarias que derivan de la masa celular interna del embrión en estadío de blastocisto (7-14 días) y son capaces de generar todos los diferentes tipos celulares del cuerpo, por ello se llaman células pluripotenciales. (1,3,14)
Las células madre adultas u órgano-específicas son multipotenciales, o sea, capaces de originar las células de un órgano concreto en el embrión y también en el adulto. (1,3,14)


Características de las células madre
Se diferencian de otras clases de células del cuerpo. Toda célula madre, sin importar su origen, tiene tres características generales:
Las células madre son no especializadas. Una de las características fundamentales de una célula madre es que no tiene ninguna estructura de tejido específica, que le permita realizar funciones especializadas. Una célula madre no puede trabajar con sus células vecinas para bombear sangre a través del cuerpo (como una célula del músculo del corazón), no puede llevar las moléculas de oxígeno a través de la circulación sanguínea (como una célula de la sangre) y no puede encender señales electroquímicas a otras células, que permitan que el cuerpo se mueva o hable (como una neurona). Sin embargo, las células madre no especializadas pueden dar lugar a células especializadas, incluyendo las del músculo del corazón, lasde la sangre o las neuronas. (1,3,6,13)
Las células madre son capaces de dividirse y renovarse por períodos largos. Contrariamente a las células musculares, a las sanguíneas o a las neuronas, las cuales normalmente no se dividen para dar células hijas, las células madre pueden replicarse casi en forma indefinida. Cuando las células se replican muchas veces se denomina proliferación. Si las células hijas continúan siendo no especializadas como la célula madre inicial,también serán capaces de autorrenovarse a largo plazo, al igual que las células madre de las cuales se originaron. (15)
Las células madre pueden dar lugar a células especializadas. Cuando las células madre no especializadas dan lugar a otras especializadas, el proceso se llama diferenciación. Los científicos están empezando a entender las señales interiores y exteriores de las células que accionan la diferenciación de la célula madre. Las señales internas son controladas por los genes de una célula, que se entremezclan a través de filamentos largos de ADN y llevan instrucciones codificadas y funciones para todas las estructuras de la célula. Las señales externas para la diferenciaciónincluyen productos químicos secretados por otrascélulas. (4,15)
Con años de experimentación, los científicos han establecido algunos protocolos o recetas básicas para la diferenciación de las células madre embrionarias en ciertos tipos específicos de células. Las enfermedades para las cuales se han iniciado estudios en animales con células madre embrionarias humanas, incluyen: la enfermedad de Parkinson, la diabetes, lesión traumática de la médula espinal, degeneración de la célula de Purkinje, distrofia muscular de Duchenne, enfermedad cardíaca y pérdida de la visión y la audición. (16,17)
En abril de 2001, dos grupos de trabajo (New York Medical College y National Human Genome ResearchInstituteBethesda, Maryland) publicaban que células madre de médula ósea, eran capaces de regenerar el músculo cardíaco dañado. Para ello provocaron áreas de infarto, mediante la embolización de una arteria coronaria, a corazones de 30 ratones hembra. Posteriormente, inyectaron células de médula ósea procedentes de ratones machos, en las zonas sanas colindantes, con el tejido cardíaco de las hembras infartadas. (18)
Nueve días después de la inyección, las células trasplantadas estaban formando nuevo tejido cardíaco: células musculares, células nerviosas de conducción y vasos sanguíneos, en 12 de los 30 ratones. Este artículo ha demostrado dos cosas: por un lado, que las células madre adultas son capaces de convertirse en células de diversas estirpes (son pluripotenciales); por otro, se ha demostrado que las células madre adultas (en este caso de la médula ósea) tienen la capacidad de reconocer y localizar el lugar del organismo donde se ha producido el daño, viajando a través del tejido sano hasta la zona afectada. (18)
Los autores afirman que aunque la tasa de éxitos no fue extremadamente alta (de 30 ratones, se curaron 12), es posible que el uso de esta técnica en el hombre tenga mejores resultados, pues no existiría la dificultad de trabajar con órganos minúsculos que laten a 600 pulsaciones por minuto. (18)
Otros experimentos, han reafirmado en su postura a los científicos que abogan por las células madre de médula ósea, como uno de los principales tejidos fuentes para la reparación de estructuras corporales dañada;mostrándose como una única célula de medula ósea de ratón adulto que puede multiplicarse y dar lugar a pulmón, hígado, intestino y piel. Esto podría demostrar que una célula madre de médula ósea puede probablemente dar lugar a cualquier tipo celular. (11,13,19,20)
Las células madre pueden ser útiles en la prueba y desarrollo de fármacos. Debido a que las células madre se pueden utilizar para crear cantidades ilimitadas de tejido especializado, tales como tejido cardíaco, se pueden realizar pruebas para determinar la reacción de los fármacos en estos tejidos especializados, antes de probarlas en animales o en seres humanos. Los fármacos se podrían probar para determinar más rápidamente su efectividad y efectos colaterales. Las nuevas medicaciones para la cura de enfermedades, podrían ser probadas en las líneasde células madre humanas pluripotentes, para obtener una mayor eficacia. Otras clases de células se utilizan ya para estos fines. Las líneas celulares de cáncer se utilizan, por ejemplo, para probar potenciales drogas antitumorales. (21)
Quizás el uso potencial más importante de las células madre humanas es la generación de las células y de los tejidos que se podrían utilizar para las terapias celulares. Hoy en día, los órganos y tejidos donados son utilizados para sustituir el tejido enfermo o destruido, pero la necesidad de tejidos y órganos para ser trasplantados supera las fuentes disponibles. Las células madre, dirigidas a diferenciarse en tipos específicos de células, ofrecen la posibilidad de una fuente renovable de células y tejidos de reemplazo en enfermedades, incluyendo: Parkinson, Alzheimer, lesiones de la médula espinal, quemaduras, enfermedades cardíacas, diabetes y artritis reumatoide. (17,22-24)
Con el propósito de evitar el problema del rechazo inmune propio de los organismos, los científicos están experimentando diversas estrategias de investigación, que les permitan generar tejidos que no sean rechazados.


Veamos ejemplos de aplicaciones:
El trasplante de células madre sanguíneas de un donante familiar compatible, mejora la supervivencia de niños con leucemia linfoblástica aguda en comparación con la quimioterapia, según una investigación de la Universidad de Estudios de Milán, que se publica en la edición digital de la revista “The Lancet”. La leucemia linfoblástica aguda (LLA) infantil de alto riesgo, se define por varias características biológicas en su inicio o por resistencia al tratamiento. La quimioterapia de altas dosis es el tratamiento estándar para los niños con esta afección, pero en la mayoría de los casos la prognosis es pobre. Los científicos realizaron un estudio aleatorio para comparar la quimioterapia con el trasplante en pacientes de primera remisión completa, cuando no hay signos del cáncer en las pruebas de escáner del paciente. (25)
Entre los años 1995 y 2000, los investigadores reclutaron pacientes de menos de 18 años recién diagnosticados de LLA, para su estudio. Los centros de siete países tomaron parte en lainvestigación, en la que participaron 357 niños. De ellos, 280 fueron asignados a quimioterapia y 77 a recibir un trasplante de células madre de la sangre, sobre la base de que existía un donante familiar compatible. (25)
Los investigadores descubrieron que la supervivencia libre de la enfermedad de 5 años, fue del 41 por ciento en el grupo de quimioterapia y del 57 en el de trasplante de células madre de la sangre. La supervivencia de 5 años fue del 50 por ciento en el grupo de quimioterapia y del 56 en el de trasplante. (25)


Uso en la Diabetes Mellitus
Se realizó un estudio que analizó a 23 individuos entre13 y 31 años con Diabetes Mellitus tipo 1 diagnosticada recientemente (en las seis semanas previas), que se sometieron a un trasplante de células madre hematopoyéticas entre 2004 y 2008. El proceso consistió en extraer las células madre de la sangre del propio paciente, para tratarlas y volverlas a introducir en el organismo mediante leucoféresis (infusión intravenosa de las células). Entre uno y otro paso, los pacientes recibieron dosis diarias de ciclofosfamida, un inmunosupresor y antitumoral para reducir sus niveles de leucocitos y que pudieran aceptar bien las células madre. El tiempo medio de estancia en el hospital fue de 18 días. Los investigadores siguieron a todos durante un período medio de 30 meses. De todos los autotrasplantados (20), consiguieron prescindir de la insulina durante un año por lo menos. Uno de ellos estuvo sin necesitar esta terapia durante más de cuatro años (hasta que acabó su seguimiento), cuatro estuvieron sin ella durante tres años y tres pacientes durante dos años. Doce pacientes se olvidaron por completo de la insulina, mientras que en ocho casos los individuos tuvieron que recurrir a inyecciones con una dosis baja en algún momento tras el procedimiento. (26)
Los resultados son muy buenos y esperanzadores, con un alto porcentaje de pacientes que pudieron prescindir de la insulina al menos temporalmente. Parece que el efecto de este tratamiento es consecuencia de una estimulación de la capacidad regenerativa del páncreas endocrino, que todavía persiste en pacientes recién diagnosticados; aunque esta es una hipótesis que debe ser estudiada con más detalle. (26)
En los casos de accidentes cerebrovasculares y Parkinson, tratados con células madre, se demostró que personas que habían sufrido invalidez motora durante años, en dos días se levantaron de la silla de ruedas. En el Parkinson por ejemplo, 120 minutos después de aplicada la terapia, en pacientes incapaces ya de vestirse o comer solos, la rigidez desaparece y en 48 horas, los temblores disminuyen de tal manera que pueden ser independientes de nuevo. El proceso regenerativo se completa, totalmente, en 40 días. (27-29)
La clave de la terapia, es que multiplica la cantidad de células madre que distribuye la sangre por el cuerpo. Normalmente, en 15 minutos, el torrente sanguíneo reparte 500 células madre. Con la terapia, este número se multiplica hasta los cinco millones de células. (15)
Una vez en el torrente sanguíneo del paciente, las células madre se encargan de resto: se reparten por todo el organismo y gracias a un proceso denominado quimiotáxis, detectan los tejidos que requieren mayor regeneración y actúan inmediatamente sobre ellos. (15,17)


Experiencia cubana
En Cuba se realizó por primera vez el proceder el 27 de Febrero de 2004, siendo el primero de este tipo en América Latina y el Caribe. El equipo que lo realizó está integrado por especialistas de los Institutos de Cardiología y Cirugía Cardiovascular, y el de Hematología, ambos de Cuba. Se han efectuado hasta la fecha 8 casos, de los cuales 6 han sido por vía quirúrgica (uno con empleo de CEC y parada cardíaca anóxica, y cinco sin CEC, a corazón latiendo) y dos por vía intracoronaria directa. (30)
El proceder hematológico se realiza por punción en el estroma de la médula ósea de la cresta ilíaca, a fin de obtener el material suficiente para lograr en el laboratorio células madre en concentración suficiente (2x106 células/ml); un total de 20 a 30 ml se trasplantan por cirugía, a nivel miocárdico o intracoronario. Se determina el porcentaje de células progenitoras (CD34+, CD133+, CD6+, CD38+/, HLA-DR-, CD90+, CD117+) de las muestras de médula ósea autóloga obtenidas, así como su viabilidad. (30)
En Cuba se utilizan solo las células madre adultas para regenerar tejidos, empleando células que habitualmente obtenemos de la médula ósea, a partir de la experiencia en trasplantes de dicha médula. Existen células madre con capacidad de formar otros tejidos. Esto significa que pueden regenerar o producir músculos, huesos, el endotelio de los vasos sanguíneos y linfáticos, y tejido nervioso, con una capacidad hasta ahora desconocida. Por eso las hemos seleccionado, para emplearlas en Cuba en el tratamiento de enfermedades, cuyas terapéuticas hasta ahora no han sido del todo efectivas. (30)
Si existe un objetivo primordial en la investigación con células madre, es conseguir descifrar los mecanismos para la obtención de un determinado tejido diferenciado, a partir de una célula madre indiferenciada. Los artículos hasta ahora publicados en esta línea, sugieren que no será fácil producir poblaciones celulares puras de un determinado tejido, requisito que será necesario para garantizar la seguridad de las terapias celulares en la regeneración o sustitución de órganos.
Las investigaciones médicas señalan, que las células madre tienen el potencial para alterar dramáticamente el acercamiento a la comprensión y tratamiento de enfermedades y para aliviar el sufrimiento. En el futuro, la mayoría de las investigaciones médicas anticipan el uso de tecnologías derivadas de las investigaciones de células madre, para tratar una variedad de enfermedades. A modo de conclusión, el estudio de las terapias con células madre es verdaderamente apasionante, pero siguen existiendo problemas técnicos significativos, que solo podrán ser superados con años de investigación intensiva.

 


CONCLUSIONES
Los científicos trabajan sobre todo con dos clases de células madre de animales y seres humanos: células madre embrionarias y células madre adultas, que poseen la capacidad de pluripotencialidad y multipotencialidad, respectivamente. Estas son no especializadas y capaces de dividirse y renovarse por períodos largos, y pueden llegar a convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo humano mediante la diferenciación. Las células madre tendrán aplicaciones en medicina regenerativa, terapias celulares e ingeniería tisular. Muchos tratamientos prometedores de serias enfermedades han sido aplicados, pero la mayoría todavía se encuentra en una etapa experimental.

 


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