¿Cuál es la estructura de las células madre?

A medida que lee esto, los investigadores de todo el mundo se encuentran en sus bancos de laboratorio, descubriendo cómo algún día crecerán nuevos tejidos y órganos a partir de células individuales. Si crees que suena como algo salido de una película de ciencia ficción, no estás solo. Sin embargo, esta investigación podría generar un avance científico que cambia la forma en que los profesionales médicos tratan una amplia gama de enfermedades humanas en el mundo real.

Los objetivos finales de esta investigación pueden ser amplios, pero el tema de la investigación es tan infinitamente pequeño que ni siquiera se puede ver a simple vista. El sujeto son las células madre . Gracias a sus características únicas, estas células asombrosas tienen el potencial de cambiar el futuro de la ciencia y la medicina.

usted sabe que la reproducción sexual requiere que una célula de esperma y una célula de óvulo se junten y formen un cigoto a través de la fertilización. esta única célula eucariota contiene un complemento completo de información genética y tiene el potencial de dividirse en un organismo multicelular complejo como usted.

pero ¿alguna vez te has preguntado cómo esa única célula podría dividirse en billones y billones de células en un cuerpo humano? y ¿cómo podría una sola célula dar lugar a tantos tipos diferentes de células, tanto células de la piel como células cerebrales, por ejemplo?

a medida que el cigoto comienza a dividirse (antes de que se implante en el útero), las células resultantes son de hecho células madre. Los científicos dicen que estas células flexibles son tanto proliferativas como pluripotentes . esto significa que las células se dividen fácilmente para producir muchas, muchas más células, y pueden convertirse en cualquier tipo de célula especializada a través de la diferenciación de células madre .

a primera vista, las partes de una célula madre no parecen tan especiales en la superficie. Como todas las células en el cuerpo humano, todas las células madre comparten unas pocas estructuras comunes. éstos incluyen:

• una membrana celular , que es una bicapa lipídica que rodea la célula que permite que algunos materiales entren en la célula y mantiene a otros fuera.
  
• El citoplasma , que es el caldo líquido dentro de la célula.
  
• un núcleo , que contiene toda la información genética de la célula almacenada como ADN.

Entre la fertilización en las trompas de Falopio y la implantación en el útero, el embrión cambiará de una simple hoja de células madre a un grupo organizado de células, llamada gástrula , con tres capas germinales . estos eventualmente darán lugar a todos los muchos tipos de células, tejidos y órganos que conforman un feto humano completo (aunque todavía muy pequeño).

La capa más externa, llamada ectodermo , produce células de la piel y tejidos del sistema nervioso. La capa media, o mesodermo , produce células sanguíneas, tejido conjuntivo, células musculares y el tejido placentario que mantiene vivo al feto en el útero . La capa interior, llamada endodermo , crea los revestimientos del intestino, los pulmones y el tracto urogenital.

Gracias a la pluripotencia, las células madre pueden diferenciarse y convertirse en cualquiera de estos tipos de células después de la implantación. estas células madre asociadas con el desarrollo normal de los embriones son uno de los tres tipos de células madre utilizadas por los científicos. Los investigadores los llaman células madre embrionarias humanas , o hescs.

las células madre embrionarias utilizadas por los científicos nunca se originan a partir de la fertilización tradicional dentro de las trompas de Falopio de un humano real. en su lugar, los científicos los crean en tubos de ensayo utilizando la fertilización in vitro (ivf). estas células madre embrionarias generalmente terminan en laboratorios de investigación después de que las personas que usan ivf para crear familias terminen el proceso y donen los embriones extra congelados a la ciencia (en lugar de destruirlos).

Para los investigadores, hay ciertos beneficios al usar células madre embrionarias en comparación con otros tipos de células madre. Las células madre embrionarias son bastante fáciles de conseguir y crecen en cultivo. lo más importante es que las células madre embrionarias son verdaderas pizarras en blanco que pueden dar lugar a prácticamente cualquier tipo de célula tras la diferenciación de las células madre.

Al igual que las células después de la implantación en un útero vivo, las células madre embrionarias en el laboratorio se agrupan naturalmente en cuerpos embrioides y comienzan a diferenciarse en células especializadas. los científicos que cultivan células madre embrionarias en cultivo deben mantener condiciones específicas en el medio de cultivo para evitar que esto suceda.

Al permitir que las células madre proliferen sin diferenciarse, los científicos crean líneas de células madre embrionarias . Luego, los científicos pueden congelar estas líneas celulares y enviarlas a otros laboratorios para proyectos de investigación o cultivos adicionales. Para calificar como una línea celular, las células madre embrionarias deben:

• Crecen indiferenciados en cultivo celular durante al menos seis meses.
• ser pluripotentes o capaces de diferenciarse en cualquier tipo de célula.
• No tienen anomalías genéticas.

cuando los investigadores están listos para que las células en una línea de células madre embrionarias se conviertan en tipos específicos de células, como para un proyecto de investigación específico, simplemente alteran el medio de cultivo o inyectan genes específicos en la célula madre para desencadenar la diferenciación de las células madre.

Resulta que muchos tejidos maduros en el cuerpo humano completamente desarrollado se aferran a algunas células indiferenciadas durante un día lluvioso. Estas células madre adultas , a veces llamadas células madre somáticas , se activan cuando el cuerpo necesita células nuevas. esto sucede para dar cuenta de la renovación y el crecimiento normal de las células y también para reparar el tejido después de una lesión o enfermedad.

los científicos han encontrado células madre adultas en una amplia variedad de órganos y tejidos, como:

• vasos sanguineos.
• médula ósea.
• cerebro.
• intestino.
• corazón.
• hígado.
• ovarios
• Sangre periférica.
• músculo esquelético.
• dientes.
• testículos

Las células madre adultas generalmente se encuentran en áreas específicas, llamadas nichos de células madre . a diferencia de las células madre embrionarias, que pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula, la diferenciación de las células madre adultas es limitada y específica del tejido. esto significa que las células madre adultas generalmente se diferencian solo en los tipos de células asociados con el tejido en el que residen.

por ejemplo, las células madre adultas en el cerebro solo se convertirán en células nerviosas o células cerebrales no neuronales. Aquí hay algunas otras células madre adultas bien conocidas y sus tipos de células especializadas:

• Las células madre hematopoyéticas se encuentran en la médula ósea y dan lugar a células sanguíneas, incluidas las células rojas de la sangre y las células del sistema inmunológico.
• Las células madre mesenquimales se encuentran en la médula ósea (y en algunos otros tejidos) y dan lugar a células óseas, células de cartílago, células grasas y células estromales.
• células madre epiteliales se encuentran profundamente en el revestimiento del intestino y dan lugar a absorbente de células, caliciformes células, enteroendocrinas células y de Paneth células.
• Las células madre de la piel se encuentran en la capa basal de la piel y dan lugar a queratinocitos que forman una capa protectora en la superficie de la piel.

los científicos han observado en experimentos que algunas células madre adultas se diferencian en células especializadas distintas del tipo celular esperado, que es similar a la valiosa pluripotencia de las células madre embrionarias. sin embargo, esta transdiferenciación es rara y solo afecta a un pequeño segmento de células madre cuando ocurre. Los investigadores no están seguros si esto ocurre en los humanos.

Las células madre adultas tienen algunos inconvenientes para los científicos. Son raros y difíciles de cultivar en el laboratorio. También tienen límites sobre cuánto pueden dividir y en qué tipo de células pueden convertirse. sin embargo, las células madre adultas tienen una ventaja distintiva: probablemente tienen menos probabilidades de desencadenar el rechazo inmunológico, ya que podrían ser extraídas del propio cuerpo del paciente.

en 2006, los investigadores descubrieron un tipo más de células madre: células madre pluripotentes inducidas , o ipscs. estas son células madre adultas que los científicos reprograman para actuar más como células madre embrionarias. sin embargo, aún no está claro si existen diferencias clínicas significativas entre las células madre pluripotentes inducidas y las células madre embrionarias. Los científicos ya utilizan ipscs para trabajos importantes, como el desarrollo de fármacos y el modelado de enfermedades humanas con fines de investigación.

Hay obstáculos técnicos que superar antes de que los investigadores puedan usar estas células madre pluripotentes inducidas para aplicaciones más directas. Además de confirmar que estas células madre no son fundamentalmente diferentes de las células madre embrionarias, los investigadores deben idear nuevas técnicas para hacer células madre pluripotentes inducidas en primer lugar. el método actual utiliza los virus como un vehículo para la reprogramación, que ha demostrado efectos secundarios graves, como el cáncer, en estudios con animales.

Además de seleccionar nuevos medicamentos para la industria farmacéutica y servir como modelos de enfermedades para proyectos de investigación, los científicos creen que las células madre podrían hacer posibles (nuevos y emocionantes) tratamientos basados ​​en células . esto significa que algún día los laboratorios podrían desarrollar nuevos órganos y tejidos para las personas que necesitan trasplantes en lugar de depender de donantes de órganos y tejidos.

Esto podría parecerse a los científicos que usan células madre para producir células del músculo cardíaco que pueden trasplantar a personas con enfermedades cardíacas crónicas. los estudios actuales en animales sugieren que las células madre estromales de la médula ósea son prometedoras para esta aplicación, aunque el mecanismo preciso aún no está claro. los científicos no están seguros de si las células madre dan origen a nuevas células del músculo cardíaco o células de los vasos sanguíneos, o si hacen algo más.

Otro ejemplo teórico es la diabetes tipo 1. Los científicos esperan diferenciar las células madre embrionarias humanas en células que producen insulina. El sistema inmunológico de las personas con diabetes interrumpe estas células y les prohíbe hacer su trabajo. los científicos se preguntan si algún día podrían diferenciar las células madre en células productoras de insulina y trasplantarlas a los pacientes.

Además de las enfermedades cardíacas y la diabetes, otras enfermedades y afecciones humanas que los científicos creen que podría afectar este avance médico son amplias e incluyen:

• las quemaduras
• Degeneración macular, que puede causar pérdida de visión.
• Artrosis y artritis reumatoide.
• lesión de la médula espinal, que puede causar entumecimiento, pérdida de la función o parálisis.
• carrera.

Por supuesto, llevar estas nuevas terapias a pacientes reales requerirá que los científicos dominen cada paso de este proceso teórico. esto significa que necesitan:

• crecen suficientes células madre para construir físicamente el tejido u órgano.
• Estimular las células madre para diferenciarse en el tipo de célula correcta.
• Asegurar que las células madre diferenciadas puedan sobrevivir dentro del cuerpo del paciente.
• asegúrese de que las células madre diferenciadas se integren correctamente en los tejidos receptores dentro del cuerpo del paciente.
• razonablemente espere que el nuevo tejido u órgano haga el trabajo para el que está construido durante todo el curso de la vida del paciente.
• asegúrese de que las nuevas células no causen ningún daño colateral al paciente, como el cáncer.

Según la definición de células madre, estos pasos parecen alcanzables utilizando células madre embrionarias, pero requerirán muchos años de investigación seria en múltiples frentes. esta es la razón por la cual la investigación con células madre es un campo tan activo en las ciencias profesionales, y también por eso es una prioridad para muchos profesores y estudiantes de ciencias.

Si bien el resultado final de la investigación con células madre todavía puede estar en el camino, aumentar la comprensión general de la estructura de las células madre y cómo funciona la diferenciación de células madre es una excelente manera de ser parte de esta ciencia emergente.