Células Madre, información básica para lectores.

Cumplimos con  las 3  solicitudes de Uds. pidiendo información básica pero amplia sobre las Celulas Madre y usos potenciales. Gracias por su confianza.

Anilein                   afibro.org                         02.nov.2012

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http://stemcells.nih.gov/info/basics/

Fuente: Stem Cell Information - Los Institutos Nacionales de Salud de los recursos para la investigación con células madre

Esta guía sobre las células madre es para cualquier persona que desee aprender más sobre las propiedades biológicas de las células madre, las preguntas importantes acerca de las células madre que son el foco de la investigación científica y el uso potencial de las células madre en la investigación y en el tratamiento de la enfermedad. Incluye información sobre las células madre derivadas de tejidos de embriones y no embrionarias.Gran parte de la información incluida aquí se trata de células madre derivadas de tejidos humanos, pero algunos estudios de células madre de origen animal se describen también.

El NIH desarrollado este manual para ayudar a los lectores a entender las respuestas a preguntas tales como:

  • ¿Qué son las células madre?
  • ¿Cuáles son los diferentes tipos de células madre, y de dónde han venido?
  • ¿Cuál es el potencial de nuevos tratamientos médicos que utilizan las células madre?
  • ¿Qué investigaciones se necesitan para hacer que estos tratamientos sean una realidad?

Este documento proporciona información básica acerca de las células madre. Discusión más detallada de la célula madre NIH informa en línea en http://stemcells.nih.gov/info.Respuestas rápidas a preguntas específicas comunes se pueden encontrar en el Preguntas frecuentes página.

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  1. Introducción: ¿Qué son las células madre y por qué son importantes?
  2. ¿Cuáles son las propiedades únicas de las células madre?
  3. ¿Qué son las células madre embrionarias?
  4. ¿Qué son las células madre adultas?
  5. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre las células madre embrionarias y adultas?
  6. ¿Qué son las células madre pluripotentes inducidas?
  7. ¿Cuáles son los usos potenciales de las células madre humanas y de los obstáculos que deben superarse antes de que estos usos potenciales se dio cuenta?
  8. ¿Dónde puedo obtener más información?

I. Introducción: ¿Qué son las células madre y por qué son importantes?

Las células madre tienen el potencial extraordinario para convertirse en muchos tipos de células diferentes en el cuerpo durante la vida temprana y el crecimiento. Además, en muchos tejidos que sirven como una especie de sistema de reparación interna, dividiendo esencialmente sin límite para reponer otras células, siempre que la persona o el animal aún está vivo. Cuando una célula madre se divide, cada nueva célula tiene el potencial, ya sea para permanecer en una célula madre o convertirse en otro tipo de célula con una función más especializada, tal como una célula muscular, un glóbulo rojo, o una célula del cerebro.

Las células madre se distinguen de otros tipos de células por dos características importantes. Primero, son células no especializadas capaces de renovarse a sí mismos a través de la división celular, a veces después de largos períodos de inactividad. En segundo lugar, bajo ciertas condiciones fisiológicas o experimentales, pueden ser inducidas a convertirse de tejido o de órganos específicos de células con funciones especiales. En algunos órganos, como el intestino y la médula ósea, células madre regularmente dividirse para reparar y reemplazar los tejidos desgastados o dañados. En otros órganos, sin embargo, tales como el páncreas y el corazón, las células madre sólo se dividen en condiciones especiales.

Hasta hace poco, los científicos trabajaron principalmente con dos tipos de células madre de animales y seres humanos: células madre embrionarias y no embrionarias“somáticas” o “adultos” células madre . Las funciones y características de estas células se explican en este documento. Los científicos descubrieron la manera de obtener células madre embrionarias a partir de embriones tempranos de ratón hace casi 30 años, en 1981. El estudio detallado de la biología de las células madre de ratón condujo al descubrimiento, en 1998, de un método para obtener células madre de embriones humanos y crecer las células en el laboratorio. Estas células se llaman células madre embrionarias humanas . Los embriones utilizados en estos estudios fueron creados con fines de reproducción a través de in vitro fertilización procedimientos. Cuando ya no eran necesarios para tal fin, fueron donados para la investigación con el consentimiento informado del donante. En 2006, los investigadores hicieron otro gran avance al identificar las condiciones que permiten a algunas células adultas especializadas para ser “reprogramado” genéticamente para asumir una de las células madre-como estado. Este nuevo tipo de células madre, llamadas células madre pluripotentes inducidas (iPS) , se discutirá en una sección posterior de este documento.

Las células madre son importantes para los organismos vivos, por muchas razones. En la 3 – a 5-días de edad embrión, llamado un blastocisto , las células internas dan lugar a todo el cuerpo del organismo, incluyendo todos los tipos de células especializadas y muchos órganos tales como el corazón, pulmón, piel, esperma, huevos y otros tejidos. En algunos tejidos adultos, como la médula ósea, músculo y cerebro, las poblaciones discretas de células madre adultas generar reemplazos para las células que se pierden por desgaste normal, lesión o enfermedad.

Teniendo en cuenta sus capacidades regenerativas únicas, las células madre ofrecen nuevas posibilidades para el tratamiento de enfermedades tales como la diabetes y enfermedades del corazón. Sin embargo, queda mucho trabajo por hacer en el laboratorio y la clínica para entender cómo utilizar estas células para terapias basadas en célulaspara tratar la enfermedad, que se conoce también como medicina regenerativa o reparadora .

Los estudios de laboratorio de células madre permiten a los científicos a aprender acerca de las propiedades de las células esenciales y lo que los hace diferentes de otros tipos de células especializadas. Los científicos ya están utilizando las células madre en el laboratorio para detectar nuevos fármacos y el desarrollo de sistemas modelo para estudiar el crecimiento normal e identificar las causas de los defectos congénitos.

La investigación sobre células madre continúa avanzando en el conocimiento acerca de cómo un organismo se desarrolla a partir de una sola célula y cómo las células sanas reemplazar las células dañadas en organismos adultos. Investigación con células madre es una de las zonas más fascinantes de la biología contemporánea, pero, como en muchos campos de la expansión de la investigación científica, la investigación sobre células madre plantea cuestiones científicas tan rápidamente, ya que genera nuevos descubrimientos.

II. ¿Cuáles son las propiedades únicas de las células madre?

Las células madre se diferencian de otros tipos de células en el cuerpo. Todas las células madre, independientemente de su origen, tienen tres propiedades generales: son capaces de dividirse y de renovarse por períodos largos, sino que son no especializadas, y pueden dar lugar a tipos de células especializadas.

Las células madre son capaces de dividirse y de renovarse por períodos largos . A diferencia de las células musculares, células sanguíneas, nerviosas o células, que normalmente no se replican a sí mismos-las células madre se pueden replicar muchas veces, o proliferar . Una población de partida de células madre que prolifera por muchos meses en el laboratorio puede producir millones de células. Si las células resultantes siguen siendo no especializadas, como las células parentales madre, las células se dice que es capaz de largo plazo de auto-renovación .

Los científicos están tratando de entender dos propiedades fundamentales de las células madre que se relacionan con su largo plazo de la auto-renovación :

  1. ¿por qué puede células madre embrionarias proliferar durante un año o más en el laboratorio sin diferenciar, pero la mayoría no las células madre embrionarias no pueden, y
  2. ¿cuáles son los factores en los organismos vivos que normalmente regulan las células madre proliferación y auto-renovación?

El descubrimiento de las respuestas a estas preguntas puede permitir entender cómo se regula la proliferación celular durante el desarrollo embrionario normal o anormal durante ladivisión celular que conduce al cáncer. Dicha información también permitirá a los científicos para hacer crecer células madre embrionarias y no embrionarias de manera más eficiente en el laboratorio.

Los factores y condiciones específicas que permiten que las células madre a permanecer no especializadas son de gran interés para los científicos. Han sido necesarios muchos años los científicos de prueba y error para aprender a obtener y mantener las células madre en el laboratorio sin ellos espontáneamente diferenciarse en tipos celulares específicos. Por ejemplo, se necesitaron dos décadas para aprender a cultivar células madre embrionarias humanas en el laboratorio siguiendo el desarrollo de las condiciones para el cultivo de células de ratón madre. Por lo tanto, la comprensión de las señales en un organismo maduro que causan una población de células madre proliferen y permanecerá hasta que las células no especializadas son necesarios. Esta información es crítica para los científicos a ser capaz de crecer grandes cantidades de células madre no especializadas en el laboratorio para experimentación adicional.

Las células madre son no especializadas. Una de las propiedades fundamentales de una célula madre es que no tiene ninguna estructura de tejido-específicas que le permiten realizar funciones especializadas. Por ejemplo, una célula madre no puede trabajar con sus vecinos para bombear la sangre a través del cuerpo (como una célula del músculo del corazón), y no puede llevar a las moléculas de oxígeno a través de la corriente sanguínea (como un glóbulo rojo). Sin embargo, las células madre no especializadas puede dar origen a células especializadas, incluyendo las células del músculo cardíaco, células de la sangre, o células nerviosas.

Las células madre pueden dar lugar a células especializadas . Cuando las células madre no especializadas dar lugar a células especializadas, el proceso se llama diferenciación .Si bien la diferenciación, la célula normalmente pasa por varias etapas, cada vez más especializados en cada paso. Los científicos están empezando a comprender las señales de dentro y fuera de las células que desencadenan cada tallo del proceso de diferenciación. Los internos señales son controladas por una célula de genes , que se intercalan a través de largas hebras de ADN, y llevan instrucciones codificadas para todas las estructuras y funciones celulares. Las señales externas para la diferenciación de células incluyen sustancias químicas secretadas por otras células, el contacto físico con las células vecinas, y ciertas moléculas en el microentorno . La interacción de las señales durante la diferenciación causa ADN de la célula para adquirir epigenéticosmarcas que restringen la expresión del ADN en la célula y puede transmitirse a través de la división celular.

Muchas preguntas sobre la diferenciación de células madre permanecen. Por ejemplo, son las señales internas y externas para la diferenciación celular similar para todos los tipos de células madre? Puede conjuntos específicos de señales de ser identificados que promueven la diferenciación en tipos celulares específicos? Abordar estas preguntas pueden llevar a los científicos a encontrar nuevas formas de controlar la diferenciación de células madre en el laboratorio, las células o los tejidos que crecen así que se pueden usar para fines específicos, tales como las terapias celulares o detección de drogas.

Las células madre adultas típicamente generar los tipos celulares del tejido en el que residen. Por ejemplo, un formador de sangre de células madre adultas en la médula ósea da lugar normalmente a los muchos tipos de células sanguíneas. En general se acepta que una célula formadora de sangre en la médula ósea que se llama una célula madre hematopoyética , no puede dar lugar a las células de un tejido muy diferente, como las células nerviosas en el cerebro. Experimentos en los últimos años han pretendía demostrar que las células madre de un tejido pueden dar lugar a tipos de células de un tejido completamente diferente. Esto sigue siendo un área de gran debate dentro de la comunidad científica. Esta controversia demuestra los desafíos del estudio de las células madre adultas y sugiere que la investigación adicional utilizando células madre adultas es necesario comprender su potencial como futuras terapias.

III. ¿Qué son las células madre embrionarias?

A. ¿Qué etapas del desarrollo embrionario temprano son importantes para la generación de células madre embrionarias?

Las células madre embrionarias , como su nombre indica, se derivan de embriones.Células madre embrionarias La mayoría se derivan de embriones que se desarrollan a partir de huevos que han sido fertilizados in vitro en un in vitro fertilización clínica, y luego donado para fines de investigación con el consentimiento informado de los donantes.Están no derivado de los huevos fertilizados en un cuerpo de mujer.

B. ¿Cómo son las células madre embrionarias cultivadas en el laboratorio?

Las células que crecen en el laboratorio es conocido como cultivo celular . Células madre embrionarias humanas (hESCs) se generan mediante la transferencia de células de unapreimplantación de embriones en etapa en una placa de laboratorio de cultivo de plástico que contiene un caldo nutriente conocido como medio de cultivo . Las células se dividen y se extiende sobre la superficie de la placa. La superficie interior de la placa de cultivo está típicamente recubierta con células de piel de ratón embrionarias que han sido tratadas para que no se dividen. Esta capa de revestimiento de células se llama una capa de alimentación . Las células de ratón en la parte inferior de la placa de cultivo de proporcionar a las células una superficie pegajosa a la que se puede adjuntar. Además, las células de alimentación liberar nutrientes en el medio de cultivo. Los investigadores han ideado maneras de hacer crecer células madre embrionarias sin alimentación de las células de ratón. Este es un avance científico significativo, debido al riesgo de que los virus u otras macromoléculas en las células de ratón pueden ser transmitidos a las células humanas.

El proceso de generar una línea de células madre embrionarias es algo ineficaz, por lo que las líneas no se producen cada vez células de la preimplantación de embriones en etapa se colocan en una placa de cultivo. Sin embargo, si las células sembradas sobrevivir, se dividen y multiplican suficiente para multitud el plato, se retiró suavemente y se sembraron en placas de cultivo de varios frescos. El proceso de re-plating o subcultivo de las células se repite muchas veces y durante muchos meses. Cada ciclo de subcultivo las células se conoce como un pasaje . Una vez que la línea celular se ha establecido, las células originales producir millones de células madre embrionarias. Las células madre embrionarias que han proliferado en cultivo celular para durante un período de tiempo prolongado sin diferenciar, son pluripotentes , y no han desarrollado anomalías genéticas son referidos como una línea de células madre embrionarias . En cualquier etapa del proceso, los lotes de las células se pueden congelar y enviar a otros laboratorios para el posterior cultivo y experimentación.

C. ¿Qué pruebas de laboratorio se utilizan para identificar las células madre embrionarias?

En varios puntos durante el proceso de generación de líneas de células madre embrionarias, los científicos probar las células para ver si presentan las propiedades fundamentales que las convierten en células madre embrionarias. Este proceso se denomina caracterización.

Los científicos que estudian las células madre embrionarias no han puesto aún de acuerdo con una batería estándar de pruebas que miden las propiedades de las células fundamentales. Sin embargo, los laboratorios que crecen humanos líneas de células madre embrionarias utilizan varios tipos de pruebas, incluyendo:

  • Crecimiento y subcultivo de las células madre durante muchos meses. Esto asegura que las células son capaces de crecimiento a largo plazo y auto-renovación. Los científicos inspeccionar las culturas a través de un microscopio con el fin de que las células se ven saludables y permanecen indiferenciadas .
  • El uso de técnicas específicas para determinar la presencia de factores de transcripción que se producen típicamente por células indiferenciadas. Dos de los factores de transcripción más importantes son Nanog y Oct4. Los factores de transcripción ayudar a convertir los genes dentro y fuera en el momento adecuado, que es una parte importante de los procesos de la célula diferenciación y el desarrollo embrionario. En este caso, tanto 4 de octubre y Nanog se asocian con el mantenimiento de las células madre en un estado indiferenciado, capaz de auto-renovación.
  • El uso de técnicas específicas para determinar la presencia de marcadores de superficie celular paricular que se producen típicamente por células indiferenciadas.
  • Examinar los cromosomas bajo el microscopio. Este es un método para evaluar si los cromosomas están dañados o si el número de cromosomas ha cambiado. No detecta mutaciones genéticas en las células.
  • La determinación de si las células se pueden volver a crecer, o un subcultivo, después de la congelación, descongelación, y re-enchapado.
  • Probar si las células madre embrionarias humanas pluripotentes son por 1) permitir que las células a diferenciarse espontáneamente en cultivo celular, 2) la manipulación de las células para que se diferencian para formar células características de las tres capas germinales, o 3) la inyección de las células en un ratón con un sistema inmunológico suprimido para detectar la formación de un tumor benigno llamado unteratoma . Puesto que el sistema inmune del ratón se eliminan, las células inyectadas madre humanas no son rechazadas por el sistema inmune del ratón y los científicos pueden observar el crecimiento y la diferenciación de las células madre humanas. Los teratomas contienen típicamente una mezcla de muchas células diferenciadas o diferenciadas parcialmente tipos-una indicación de que las células madre embrionarias son capaces de diferenciarse en múltiples tipos de células.

D. ¿Qué son las células madre embrionarias estimuladas para diferenciarse?

Dirigida diferenciación de las células madre embrionarias de ratón.  Esta figura es un diagrama de flujo que muestra los pasos científicos tomar para aislar y diferenciar las células madre embrionarias de ratón.  Un blastocisto de ratón se muestra en la parte superior izquierda, con su masa celular interna (ICM) etiquetados.  Las flechas indican la eliminación de la ICM y la siembra en una placa de cultivo de tejidos, etiquetado como "indiferenciado de células madre embrionarias." La flecha indica el siguiente paso del tiempo y muestra que las células de la placa se han convertido en cuerpos embrioides.  A partir de esta placa de cultivo, una flecha indica que el siguiente paso es "inducir la diferenciación inicial y seleccionar precursores." Luego, dos flechas muestran dos posibles destinos, y la etiqueta debajo indica que los científicos "ampliar precursores." Los dos tipos posibles precursores son "precursores neuronales" o "precursores". pancreáticos El paso final indica "diferenciación completa para generar células funcionales." La izquierda inferior muestra una imagen microscópica de la etiqueta fluorescente "de dopamina y serotonina secretoras de neuronas" y la parte inferior derecha muestra una etiqueta fluorescente microscopio de imagen "secretoras de insulina de los islotes pancreáticos-como racimos".

Figura 1. Dirigida diferenciación de las células madre embrionarias de ratón. Haga clic aquí para ampliar la imagen. (© 2001 Terese Winslow)

Mientras que las células madre embrionarias en cultivo se cultivan en condiciones apropiadas, puede permanecer indiferenciadas (no especializado). Pero si se permite que las células se agrupan para formar cuerpos embrioides , comienzan a diferenciarse espontáneamente. Pueden formar células musculares, células nerviosas, y muchos otros tipos de células. Aunque la diferenciación espontánea es una buena indicación de que un cultivo de células madre embrionarias es saludable, no es una forma eficiente de producir cultivos de tipos celulares específicos.

Por lo tanto, para generar culturas de determinados tipos de células diferenciadas las células musculares de corazón, células sanguíneas o células nerviosas, por ejemplo-los científicos tratan de controlar la diferenciación de células madre embrionarias. Ellos cambiar la composición química del medio de cultivo, alterar la superficie de la placa de cultivo, o modificar las células mediante la inserción de genes específicos. A través de años de experimentación, los científicos han establecido unos protocolos básicos o “recetas” para la diferenciación dirigida de las células madre embrionarias en algunos tipos de células específicas ( Figura 1 ). (Para ejemplos adicionales de diferenciación dirigida de las células madre embrionarias, véanse los informes de células madre disponibles en NIH / info/2006report / y / info/2001report/2001report.htm .)

Si los científicos fiable puede dirigir la diferenciación de células madre embrionarias en tipos celulares específicos, pueden ser capaces de usar las células resultantes, diferenciados para tratar ciertas enfermedades en el futuro. Enfermedades que pueden ser tratadas mediante el trasplante de células generadas a partir de células madre embrionarias humanas incluyen la enfermedad de Parkinson , diabetes, lesión traumática de la médula espinal, distrofia muscular de Duchenne , enfermedad del corazón, y la visión y la pérdida de audición.

IV. ¿Qué son las células madre adultas?

Una célula madre adulta se piensa que es un indiferenciado de células, que se encuentra entre las células diferenciadas en un tejido u órgano que puede renovarse y pueden diferenciarse para producir todos o algunos de los principales tipos de células especializadas del tejido u órgano. Las funciones principales de las células madre adultas en un organismo vivo son mantener y reparar el tejido en el que se encuentran.Los científicos también utilizan el término célula madre somáticas en lugar de células madre de adultos, donde somática se refiere a las células del cuerpo (no en las células germinales, espermatozoides u óvulos). A diferencia de las células madre embrionarias, que se definen por su origen (las células de la preimplantación de embriones en estadio), el origen de las células madre adultas en algunos tejidos maduros todavía está bajo investigación.

La investigación sobre células madre adultas ha generado una gran expectación. Los científicos han encontrado células madre adultas en muchos tejidos una vez más de lo que creía posible. Este hallazgo ha llevado a los investigadores y clínicos para preguntar si las células madre adultas podrían ser utilizados para trasplantes. De hecho, adulto hematopoyético, o forman la sangre, las células madre de la médula ósea se han utilizado en los trasplantes de 40 años. Los científicos tienen ahora pruebas de que las células madre existen en el cerebro y el corazón. Si la diferenciación de las células madre adultas pueden ser controlados en el laboratorio, estas células pueden convertirse en la base de las terapias basadas en el trasplante.

La historia de la investigación sobre las células madre adultas comenzó hace unos 50 años. En la década de 1950, los investigadores descubrieron que la médula ósea contiene al menos dos tipos de células madre. Una población, denominada células madre hematopoyéticas , forma todos los tipos de células de la sangre en el cuerpo. Una segunda población, llamado trasplante de células estromales de médula madre(también llamadas células madre mesenquimales o células madre esqueléticas por algunos), se descubrieron unos pocos años más tarde. Estas células madre no hematopoyéticas constituyen una pequeña proporción de la célula estromal de la población en la médula ósea, y puede generar hueso, cartílago, grasa, células que apoyan la formación de la sangre y el tejido conectivo fibroso.

En la década de 1960, los científicos que estudiaban ratas descubrieron dos regiones del cerebro que contenía las células en división que en última instancia se convierten en células nerviosas. A pesar de estos informes, la mayoría de los científicos creían que el cerebro adulto no podía generar nuevas células nerviosas. No fue hasta la década de 1990 que los científicos de acuerdo en que el cerebro adulto contiene células madre que son capaces de generar el cerebro tres principales tipos de células- astrocitos yoligodendrocitos , que son células no neuronales y neuronas , o células nerviosas.

A. ¿Dónde se encuentran las células madre adultas, y qué es lo que hacen normalmente?

Las células madre adultas se han identificado en muchos órganos y tejidos, incluyendo el cerebro, la médula ósea, la sangre periférica, los vasos sanguíneos, músculo esquelético, piel, dientes, corazón, intestino, el hígado, el epitelio de ovario y testículo. Se cree que residen en una zona específica de cada tejido (llamado un “nicho de células madre”). En muchos tejidos, la evidencia actual sugiere que algunos tipos de células madre son pericitos, células que componen la capa más externa de los vasos sanguíneos pequeños.Las células madre pueden permanecer en reposo (no se dividen) durante largos períodos de tiempo hasta que son activados por una necesidad normal de más células para mantener el tejido, o por enfermedad o lesión del tejido.

Típicamente, hay un número muy pequeño de células madre en cada tejido, y una vez retirado del cuerpo, su capacidad para dividirse es limitada, haciendo que la generación de grandes cantidades de células madre difíciles. Los científicos de muchos laboratorios están tratando de encontrar mejores maneras de hacer crecer grandes cantidades de células madre adultas en cultivo celular y para manipularlos para generar tipos celulares específicos para que puedan ser utilizados para tratar la lesión o enfermedad. Algunos ejemplos de tratamientos potenciales incluyen la regeneración ósea utilizando células derivadas de estroma de médula ósea, el desarrollo de las células productoras de insulina para la diabetes tipo 1, y la reparación del músculo cardiaco dañado después de un ataque al corazón con células del músculo cardiaco.

B. ¿Qué pruebas se utilizan para identificar las células madre adultas?

Los científicos suelen utilizar uno o más de los siguientes métodos para identificar células madre adultas: (1) identificar a las células en un tejido vivo con marcadores moleculares y luego determinar los tipos de células especializadas que generan; (2) eliminar las células de un animal vivo, etiquetarlos en cultivo celular, y transplantarlas de nuevo en otro animal para determinar si las células sustituir (o “repoblar”) su tejido de origen.

Es importante destacar que se debe demostrar que una célula madre adulta sola puede generar una línea de células genéticamente idénticas que entonces da lugar a todos los tipos apropiados de células diferenciadas del tejido. Para confirmar experimentalmente que una célula madre adulta putativo es de hecho una célula madre, los científicos tienden a demostrar o bien que la célula puede dar lugar a estas células genéticamente idénticas en cultivo, y / o que una población purificada de estas células madre pueden repoblar candidatos o reformar el tejido después del trasplante en un animal.

C. ¿Qué se sabe acerca de la diferenciación de células madre adultas?

"Diferenciación de células hematopoyéticas y del estroma." La figura muestra un hueso largo, con médula en su centro y una ampliación de la interfase hueso / médula en una caja de inserción, con tipos de células identificados.  Los tipos de células que se muestran incluyen los osteocitos embebidos en la matriz ósea no celular, los osteoclastos, los pericitos alrededor de pequeños vasos sanguíneos, adipocitos y células del estroma.  Usando las flechas, el artista ha dibujado las ilustraciones de los linajes de la médula ósea y las células del estroma.  Linaje de médula ósea: una célula madre hematopoyética da lugar a una célula madre pluripotente, que se pueden dividir para producir uno de dos posibles tipos de células: (1) una célula progenitora mieloide, que es capaz de producir neutrófilos, basófilos, eosinófilos, monocitos / macrófagos, plaquetas y células rojas de la sangre o (2) una célula progenitora linfoide, que da lugar a células natural killer (NK), linfocitos T y linfocitos B.  Linaje del estroma: una célula madre del estroma da lugar a las células óseas, incluyendo pre-osteoblastos, osteoblastos, células de revestimiento, y osteocitos.  El artista también ha indicado dos tipos de células que la médula ósea puede ser capaz de producir: células madre de músculo esquelético, y células madre de hepatocitos.  Cada linaje posible es seguido por un signo de interrogación, para indicar que los científicos no se ponen de acuerdo o no médula ósea es capaz de producir estos dos tipos de células.

Figura 2. Diferenciación de células madre hematopoyéticas y estromales. Haga clic aquí para ampliar la imagen. (© 2001 Terese Winslow)

Como se indicó anteriormente, los científicos han informado de que las células madre adultas se producen en muchos tejidos y que entran normales de diferenciación de las vías para formar los tipos de células especializadas del tejido en el que residen.

Vías normales de diferenciación de células madre adultas. en un animal vivo, las células madre adultas están disponibles para dividir, cuando sea necesario, y puede dar lugar a tipos celulares maduros que tienen formas características y estructuras y funciones especializadas de un tejido particular. Los siguientes son ejemplos de vías de diferenciación de células madre adultas ( Figura 2 ) que se ha demostrado in vitro o in vivo .

  • Las células madre hematopoyéticas dan lugar a todos los tipos de células sanguíneas: glóbulos rojos, linfocitos B, linfocitos T, células asesinas naturales, neutrófilos, basófilos, eosinófilos, monocitos y macrófagos.
  • Las células madre mesenquimales dar lugar a una variedad de tipos de células: células óseas (osteocitos), células del cartílago (condrocitos), células grasas (adipocitos), y otros tipos de células de tejido conjuntivo, tales como aquellos en los tendones.
  • Las células madre neurales en el cerebro dan lugar a los tres tipos principales de células: las células nerviosas (neuronas) y dos categorías de células no neuronales-astrocitos y oligodendrocitos .
  • Células madre epiteliales de la mucosa del tracto digestivo se producen en criptas profundas y dan lugar a varios tipos de células: células de absorción, células caliciformes, células de Paneth y células enteroendocrinas.
  • Las células madre de la piel se producen en la capa basal de la epidermis y en la base de los folículos pilosos. Las células madre epidérmicas dar lugar a los queratinocitos, que migran a la superficie de la piel y formar una capa protectora. Las células madre foliculares pueden dar lugar a tanto el folículo piloso y a la epidermis.

Transdiferenciación. Un número de experimentos han informado de que ciertos tipos de células adultas madre pueden diferenciarse en tipos de células se ven en los órganos o tejidos que no sean las esperadas a partir de las células de linaje predice (es decir, células madre del cerebro que se diferencian en células sanguíneas o células formadoras de sangre que se diferencian en células del músculo cardiaco, y así sucesivamente). Este fenómeno se llama informó transdiferenciación.

Aunque casos aislados de transdiferenciación se han observado en algunas especies de vertebrados, si este fenómeno se produce realmente en los seres humanos es objeto de debate en la comunidad científica. En lugar de transdiferenciación, las instancias observadas puede implicar la fusión de una célula donante con una célula receptora. Otra posibilidad es que las células madre trasplantadas son secretar factores que estimulan las propias células madre del receptor para comenzar el proceso de reparación. Incluso cuando se ha detectado la transdiferenciación, sólo un porcentaje muy pequeño de células someterse al proceso.

En una variación de los experimentos de transdiferenciación, los científicos han demostrado recientemente que ciertos tipos de células adultas pueden ser “reprogramado” en otros tipos de células in vivo usando un proceso bien controlado de la modificación genética (ver la Sección VI para una discusión de los principios de reprogramación). Esta estrategia podría ofrecer una manera de reprogramar células disponibles en otros tipos de células que se han perdido o dañado debido a la enfermedad. Por ejemplo, un experimento reciente muestra cómo las células beta pancreáticas, las células productoras de insulina que se han perdido o dañado en la diabetes, podría posiblemente ser creado por reprogramación de las células pancreáticas otros. Por “re-arranque” expresión de tres críticos de células beta-genes en células diferenciadas adultas pancreáticas exocrinas, los investigadores fueron capaces de crear beta similares a células células que pueden secretar insulina. Las células reprogramadas eran similares a las células beta en el aspecto, tamaño y forma; genes expresados característicos de las células beta, y fueron capaces de restaurar parcialmente la regulación del azúcar en sangre en ratones cuyas propias células beta habían sido destruidos químicamente. Aunque no transdiferenciación por definición, este método de reprogramación de células adultas se puede utilizar como un modelo para la reprogramación directamente otros tipos de células adultas.

Además de reprogramación de las células para convertirse en un tipo celular específico, ahora es posible reprogramar células somáticas adultas llegar a ser como las células madre embrionarias ( células madre pluripotentes inducidas, IPSCs ) a través de la introducción de genes embrionarios. Por lo tanto, una fuente de células puede ser generada que son específicos de la donante, lo que aumenta la probabilidad de compatibilidad si dichas células se iban a utilizar para la regeneración de tejidos. Sin embargo, como las células madre embrionarias, la determinación de los métodos por los cuales pueden ser completamente iPSCs y reproducible comprometido a linajes celulares apropiados todavía está bajo investigación.

D. ¿Cuáles son las preguntas clave sobre las células madre adultas?

Muchas preguntas importantes sobre las células madre adultas siguen sin respuesta. Ellos incluyen:

  • ¿Cuántos tipos de células madre adultas existen, y en el que los tejidos qué existen?
  • ¿Cómo evolucionan las células madre adultas durante el desarrollo y cómo se mantiene en el adulto? ¿Son “sobrantes” las células madre embrionarias, o que surjan de alguna otra manera?
  • ¿Por qué las células madre permanecen en un estado indiferenciado cuando todas las células alrededor de ellos se han diferenciado? ¿Cuáles son las características de su “nicho” que controla su comportamiento?
  • Es que las células madre adultas tienen la capacidad de transdiferenciarse, y es posible controlar este proceso para mejorar su fiabilidad y eficiencia?
  • Si el efecto beneficioso del trasplante de células madre adultas es un efecto trófico, cuáles son los mecanismos? Es donante-receptor celular de contacto celular necesaria, la secreción de factores de la célula donante, o ambos?
  • ¿Cuáles son los factores que adulto control de frenar la proliferación y la diferenciación celular?
  • ¿Cuáles son los factores que estimulan las células madre para trasladarse a los sitios de lesión o daño, y cómo puede este proceso ser mejorada para una mejor sanidad?

V. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre las células madre embrionarias y adultas?

Humanos embrionarias y células madre adultas tienen ventajas y desventajas con respecto al uso potencial de terapias basadas en células regenerativas . Una diferencia importante entre las células madre adultas y embrionarias son sus diferentes habilidades en el número y tipo de los tipos de células diferenciadas que pueden llegar a ser. Las células madre embrionarias pueden convertirse en cualquier tipo de células del cuerpo porque son pluripotentes . Las células madre adultas se cree que son limitado a diferenciarse en tipos de células diferentes de su tejido de origen.

Las células madre embrionarias pueden ser cultivadas con relativa facilidad en el cultivo.Las células madre adultas son raras en tejidos maduros, así aislar estas células de un tejido adulto es un reto, y métodos para expandir su número en cultivo celular todavía no han sido resueltos. Esta es una distinción importante, ya que un gran número de células son necesarias para las terapias de sustitución de células madre.

Los científicos creen que los tejidos derivados de células madre embrionarias y adultas pueden diferir en la probabilidad de rechazo después del trasplante. Aún no se sabe si los tejidos derivados de células madre embrionarias podría causar el rechazo de trasplantes, ya que los primeros ensayos clínicos de fase 1 de prueba de la seguridad de las células derivadas de células madre embrionarias humanas han sido recientemente aprobado por la Food and Drug Administration (FDA).

Las células madre adultas y los tejidos derivados de ellos, se cree actualmente menos propensos a iniciar rechazo después del trasplante. Esto se debe a las propias células de un paciente podría ser expandidas en cultivo, inducidas a asumir un tipo celular específico ( diferenciación ), y luego reintroducidas en el paciente. El uso de células madre adultas y tejidos derivados de las propias células madre del paciente adulto significaría que las células tienen menos probabilidades de ser rechazada por el sistema inmune. Esto representa una ventaja significativa, ya que el rechazo inmune sólo puede evitarse mediante la administración continua de fármacos inmunosupresores, y los fármacos por sí mismos pueden causar efectos secundarios perjudiciales.

VI. ¿Qué son las células madre pluripotentes inducidas?

Células madre pluripotentes inducidas (iPS) son células adultas que han sido genéticamente reprogramadas para una célula madre embrionaria estado similar al verse obligada a expresar los genes y los factores importantes para el mantenimiento de las propiedades definitorias de las células madre embrionarias. Aunque estas células cumplen los criterios de definición de las células madre pluripotentes, no se sabe si iPSCs y células madre embrionarias difieren en aspectos significativos clínicamente. IPSCs ratón se registró por primera vez en 2006, y iPSCs humanos fueron por primera vez a finales de 2007. IPSCs ratón demostrar las características importantes de las células madre pluripotentes, incluyendo expresión de marcadores de células madre, formando tumores contienen células de las tres capas germinales, y ser capaz de contribuir a muchos tejidos diferentes cuando se inyectan en embriones de ratón en una etapa muy temprana en el desarrollo. IPSCs humanos también expresan marcadores de células madre y son capaces de generar células características de las tres capas germinales .

Aunque la investigación adicional es necesaria, ya iPSCs herramientas útiles para el desarrollo de fármacos y la modelización de enfermedades, y los científicos esperan poder usarlas en la medicina de trasplantes. Los virus se utilizan actualmente para introducir los factores de reprogramación en células adultas, y este proceso debe ser controlado cuidadosamente y probado antes de la técnica puede conducir a tratamientos útiles para los seres humanos. En estudios con animales, el virus utilizado para introducir los factores de células madre a veces causa cáncer. Los investigadores están investigando actualmente no virales estrategias de entrega. En cualquier caso, este descubrimiento revolucionario ha creado una nueva y poderosa forma de “de-diferenciación” células cuyo destino del desarrollo se había supuesto que se determine. Además, los tejidos derivados de iPSCs será un partido casi idéntico al donante de la célula y por lo tanto probablemente evitar el rechazo por el sistema inmune. La estrategia de IPSC crea células madre pluripotentes que, junto con los estudios de otros tipos de células madre pluripotentes, ayudarán a los investigadores aprender cómo reprogramar las células para reparar tejidos dañados en el cuerpo humano.

VII. ¿Cuáles son los usos potenciales de las células madre humanas y de los obstáculos que deben superarse antes de que estos usos potenciales se dio cuenta?

Hay muchas maneras en las que las células madre humanas pueden ser utilizados en la investigación y de la clínica. Los estudios de células madre embrionarias humanas se obtendrá información acerca de los complejos acontecimientos que ocurren durante el desarrollo humano. Un objetivo principal de este trabajo es identificar cómo no diferenciadas las células madre se convierten en células diferenciadas que forman los tejidos y los órganos. Los científicos saben que convertir genes dentro y fuera es fundamental en este proceso. Algunas de las condiciones médicas más graves, como el cáncer y defectos de nacimiento, se deben a la anormal división celular ydiferenciación . Una comprensión más completa de los controles genéticos y moleculares de estos procesos pueden dar información acerca de cómo tales enfermedades surgen y sugieren nuevas estrategias para la terapia. Como era de esperar la proliferación celular y la diferenciación de control requiere más investigación básica sobre las señales moleculares y genéticos que regulan la división celular y la especialización. Mientras que los últimos avances en células iPS sugieren algunos de los factores específicos que pueden estar involucrados, las técnicas deben ser concebidos para introducir estos factores de manera segura en las células y el control de los procesos que son inducidos por estos factores.

Las células madre humanas también podría ser utilizado para probar nuevos medicamentos. Por ejemplo, los nuevos medicamentos podrían ser la prueba de seguridad en las células diferenciadas generadas por la actividad humana pluripotentes líneas celulares. Otros tipos de líneas celulares ya se utilizan de esta manera. Líneas celulares de cáncer, por ejemplo, son utilizados para cribar potenciales fármacos antitumorales. La disponibilidad de células madre pluripotentes permitiría análisis de drogas en una gama más amplia de tipos de células. Sin embargo, para cribar fármacos con eficacia, las condiciones deben ser idénticos cuando se comparan diferentes fármacos. Por lo tanto, los científicos tendrán que ser capaz de controlar con precisión la diferenciación de células madre en el tipo celular específico de los fármacos que se pondrá a prueba. El conocimiento actual de la diferenciación de señales de control no llega a ser capaz de imitar estas condiciones precisamente para generar poblaciones puras de células diferenciadas para cada fármaco se está probando.

Tal vez el más importante aplicación potencial de las células madre humanas es la generación de células y tejidos que podrían ser utilizados para terapias basadas en células . Hoy en día, la donación de órganos y tejidos se utilizan a menudo para reemplazar el tejido enfermo o destruido, pero la necesidad de tejidos y órganos trasplantables supera con creces la oferta disponible. Las células madre, dirigidas a diferenciarse en tipos celulares específicos, ofrecen la posibilidad de una fuente renovable de células y tejidos de reemplazo para tratar enfermedades como las enfermedades de Alzheimer, lesiones de la médula espinal, derrames cerebrales, quemaduras, enfermedades del corazón, la diabetes, la osteoartritis y la artritis reumatoide.

Reparación del músculo del corazón con células madre adultas.  Esta cifra se divide en dos paneles, con cada ilustra un posible medio por el que las células madre adultas podrían ayudar a regenerar el músculo cardíaco dañado.  A la izquierda, un corazón de ratón se inyecta con una jeringa de verde marcadas con células madre adultas.  A continuación, una lupa muestra un primer plano de las células musculares cardíacas dañadas (gris-negro) junto a un área del músculo del corazón sano (rosa).  Las flechas indican que las células madre adultas se entremezclan con las fibras musculares del corazón.  A la derecha, se muestra un ratón que se inyecta en los vasos sanguíneos de cola con una jeringa de color rosa células óseas humanas madre de la médula.  La lupa en este panel muestra de nuevo un primer plano de las células musculares cardíacas dañadas (gris-negro) junto a un área del músculo del corazón sano (rosa).  Las rosas humanos células madre de médula ósea se entremezclan con las fibras del músculo del corazón y el texto indica que inducen la formación de nuevos vasos sanguíneos en el músculo cardíaco dañado y también provocar la proliferación de los actuales vasos sanguíneos del corazón.

Figura 3. Las estrategias para reparar el músculo cardíaco con células madre adultas . Haga clic aquí para ampliar la imagen.

© 2001 Terese Winslow

Por ejemplo, puede ser posible generar células sanas del músculo del corazón en el laboratorio y luego trasplantar las células en los pacientes con enfermedad crónica del corazón. La investigación preliminar en ratones y otros animales indica que las células estromales de médula ósea, trasplantados a un corazón dañado, puede tener efectos beneficiosos. Si estas células pueden generar células musculares cardíacas o estimular el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos que repoblar el tejido del corazón, o ayudar a través de algún otro mecanismo es activamente bajo investigación. Por ejemplo, las células inyectadas pueden lograr reparación por factores de crecimiento secretoras, en lugar de realmente incorporar en el corazón. Prometedores resultados de estudios en animales han servido como base para un pequeño número de estudios exploratorios en los seres humanos (para la discusión, véase llamar Salida caja “Pueden las células madre reparar un corazón roto?”). Otros estudios recientes en cultivo de células de los sistemas indican que puede ser posible dirigir la diferenciación de células madre embrionarias o adultas, células de médula ósea en células del músculo del corazón ( Figura 3 ).

Pueden las células madre reparar un corazón roto: las células madre para el tratamiento futuro de enfermedades del corazón

Las enfermedades cardiovasculares (ECV), que incluye hipertensión, enfermedad coronaria, accidente cerebrovascular e insuficiencia cardíaca congestiva, se ha clasificado como la primera causa de muerte en los Estados Unidos todos los años desde 1900, excepto 1918, cuando el país luchaba con una epidemia de gripe. Casi 2,600 estadounidenses mueren de enfermedades cardiovasculares cada día, aproximadamente una persona cada 34 segundos. Dado el envejecimiento de la población y los aumentos recientes relativamente dramático en la prevalencia de factores de riesgo cardiovascular como la obesidad y la diabetes tipo 2, las enfermedades cardiovasculares serán una preocupación importante para la salud hasta bien entrado el siglo 21.

La enfermedad cardiovascular puede privar tejido cardíaco de oxígeno, matando así las células musculares cardíacas (cardiomiocitos). Esta pérdida desencadena una cascada de eventos perjudiciales, incluyendo la formación de tejido de cicatriz, una sobrecarga del flujo de la sangre y la capacidad de presión, el estiramiento excesivo de las células cardíacas viables que intentan mantener el gasto cardíaco, lo que lleva a la insuficiencia cardiaca, y finalmente la muerte. Restaurar el tejido dañado del músculo del corazón, a través de la reparación o regeneración, es por lo tanto una estrategia potencialmente nuevas para tratar la insuficiencia cardíaca.

El uso de células madre embrionarias y adultas derivadas-para la reparación cardíaca es un área activa de investigación. Un número de tipos de células madre, incluyendo madre embrionarias (ES), células madre cardiacas que naturalmente residen dentro del corazón, los mioblastos (células madre musculares), adulto derivados de médula ósea células incluyendo las células mesenquimales (células derivadas de médula ósea que dan lugar a tejidos tales como músculos, huesos, tendones, ligamentos y tejido adiposo), células progenitoras endoteliales (células que dan lugar al endotelio, el revestimiento interior de los vasos sanguíneos), y células sanguíneas del cordón umbilical, han sido investigados como posibles fuentes de regenerar el tejido dañado del corazón. Todos han sido exploradas en modelos de ratón o rata, y algunos se han probado en modelos animales más grandes, tales como cerdos.

Unos pocos estudios pequeños también se han llevado a cabo en humanos, por lo general en los pacientes que se someten a cirugía a corazón abierto. Varios de éstos han demostrado que las células madre que son inyectados en la circulación o directamente en el tejido cardíaco lesionado parece mejorar la función cardiaca y / o inducir la formación de nuevos capilares. El mecanismo de esta reparación es controvertido, y las células madre probablemente regenerar tejido cardíaco a través de varias vías. Sin embargo, las poblaciones de células madre que han sido probados en estos experimentos variar ampliamente, al igual que las condiciones de su purificación y aplicación. Aunque mucha más investigación es necesaria para evaluar la seguridad y mejorar la eficacia de este enfoque, estos experimentos clínicos preliminares muestran cómo las células madre pueden algún día ser utilizadas para reparar el tejido dañado del corazón, reduciendo así la carga de la enfermedad cardiovascular.

En las personas que sufren de diabetes tipo 1, las células del páncreas que normalmente producen la insulina son destruidas por el propio sistema inmune del paciente. Nuevos estudios indican que puede ser posible dirigir la diferenciación de células madre embrionarias humanas en cultivo de células para formar células productoras de insulina, que se puedan utilizar en la terapia de trasplante para las personas con diabetes.

Para hacer realidad la promesa de nuevas terapias basadas en células para dichas enfermedades generalizadas y debilitante, los científicos deben ser capaces de manipular las células madre de modo que posean las características necesarias para la diferenciación exitosa, transplante y el injerto. La siguiente es una lista de pasos exitosos tratamientos basados en células que los científicos tienen que aprender a controlar para que dichos tratamientos a la clínica. Para ser útiles para fines de trasplante, las células madre debe ser reproducible hacer a:

  • Proliferan ampliamente y generar cantidades suficientes de tejido.
  • Se diferencian en el tipo celular deseado (s).
  • Sobrevivir en el receptor después del trasplante.
  • Integrar en el tejido circundante después del trasplante.
  • Funcionar adecuadamente durante la duración de la vida del receptor.
  • Evitar dañar el recipiente en cualquier forma.

Además, para evitar el problema del rechazo inmune, los científicos están experimentando con diferentes estrategias de investigación para generar tejidos que no serán rechazadas.

En resumen, las células madre ofrecen una promesa emocionante para terapias futuras, pero significativos impedimentos técnicos que sólo será superada a través de años de investigación intensiva.

VIII. ¿Dónde puedo obtener más información?

Para una discusión más detallada de las células madre, consulte el Informe del NIH células madre . Compruebe la Preguntas frecuentes página para obtener respuestas rápidas a preguntas específicas. La tabla de navegación de la derecha se puede conectar a la información que necesita.

Los siguientes sitios web, que no son parte del sitio Stem NIH información de la célula, también contienen información sobre las células madre. El NIH no se hace responsable por el contenido de estos sitios.

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