Cómo Funcionan Las Células Madre

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Las células madre pueden desarrollarse en cada célula, tejido y órgano del cuerpo. Aprenda sobre los desafíos y la controversia de la investigación con células madre y cómo se pueden usar las células madre para tratar enfermedades.

Muchas enfermedades matan las células dentro de los órganos, reclamando vidas o afectando la capacidad de una persona para vivir una vida normal. Por ejemplo, aproximadamente 5.8 millones de estadounidenses tienen insuficiencia cardíaca y 670,000 personas son diagnosticadas cada año [fuente: Centros para el Control de Enfermedades]. En la insuficiencia cardíaca, gran parte del músculo cardíaco muere, por lo que el corazón no puede bombear la sangre lo suficiente.

De manera similar, aproximadamente 23.6 millones de estadounidenses tienen diabetes [fuente: NIDDK, NIH]. Del 5 al 10 por ciento de estas personas tienen diabetes tipo I en la cual las células del páncreas productoras de insulina están muertas. Finalmente, aproximadamente 1 millón de estadounidenses viven con la enfermedad de Parkinson [fuente: Fundación para la Enfermedad de Parkinson]. En esta enfermedad, las células que producen el neurotransmisor dopamina, que ayuda a controlar el movimiento, mueren. Los pacientes con enfermedad de Parkinson tienen temblores y movimientos incontrolables. ¿Pero qué pasaría si estas células muertas pudieran ser reemplazadas por células frescas? ¿Podrían los pacientes ser tratados y vivir una vida normal? Ese es el objetivo de la investigación con células madre.

En este artículo, veremos las células madre, comenzando con la imagen adjunta arriba. En la foto, las colonias de células madre embrionarias son masas redondas y densas de células. Las células alargadas planas son fibroblastos utilizados como "células alimentadoras". También descubriremos cómo funcionan las células madre, descubriremos su potencial para tratar enfermedades y entraremos en el debate en curso sobre su investigación y uso. Pero primero, vamos a cubrir algunos conceptos básicos.

Fundamentos de las células madre

Cómo funcionan las células madre: cómo

Una célula madre es esencialmente la bloque de construcción del cuerpo humano. Las células madre son capaces de dividirse por largos períodos de tiempo, no están especializadas, pero pueden convertirse en células especializadas. Las primeras células madre en el cuerpo humano son las que se encuentran en el embrión humano. Las células madre dentro de un embrión eventualmente darán lugar a cada célula, tejido y órgano en el cuerpo del feto. A diferencia de una célula normal, que solo puede replicarse para crear más de su propio tipo de célula, una célula madre es pluripotente. Cuando se divide, puede hacer que cualquiera de los 220 celdas diferentes en el cuerpo humano Las células madre también tienen la capacidad de auto-renovación - Pueden reproducirse muchas veces.

Hay varios tipos de células madre, incluyendo:

  • Células madre embrionarias - Las células madre embrionarias incluyen aquellas que se encuentran dentro del embrión, el feto o la sangre del cordón umbilical. Dependiendo de cuándo se cosechan, las células madre embrionarias pueden dar lugar a casi cualquier célula en el cuerpo humano.
  • Células madre adultas - Las células madre adultas se pueden encontrar en bebés, niños y adultos. Residen en tejidos ya desarrollados, como los del corazón, cerebro y riñón. Por lo general, dan lugar a células dentro de sus órganos residentes.
  • Células madre pluripotentes inducidas (IPSC)- Estas células madre son células adultas y diferenciadas que se han "reprogramado" experimentalmente en un estado similar a la célula madre.

Entonces, ¿cómo funcionan todos estos tipos de células madre? ¿Y cuáles son sus usos potenciales? Averigüemos - comenzando con células madre embrionarias.

Células madre embrionarias

Cómo funcionan las células madre: madre

Una vez que una célula de óvulo es fertilizada por un espermatozoide, se dividirá y se convertirá en un embrión. En el embrión, hay células madre que son capaces de convertirse en todos los diversos tipos de células del cuerpo humano. Para la investigación, los científicos obtienen embriones de dos maneras. Muchas parejas conciben por el proceso de fertilización in vitro. En este proceso, los espermatozoides y los huevos de una pareja se fertilizan en un plato de cultivo. Los huevos se convierten en embriones, que luego se implantan en la hembra. Sin embargo, se hacen más embriones de los que se pueden implantar. Por lo tanto, estos embriones suelen ser congelados. Muchas parejas donan sus embriones no utilizados para la investigación con células madre.

La segunda forma en que los científicos obtienen embriones es clonación terapéutica. Esta técnica fusiona una célula (del paciente que necesita la terapia con células madre) con un óvulo de un donante. El núcleo se retira del huevo y se reemplaza con el núcleo de la célula del paciente. (Para una visión detallada del proceso, vea Cómo funciona la clonación). Este óvulo está estimulado para dividirse químicamente o con electricidad, y el embrión resultante lleva el material genético del paciente, lo que reduce significativamente el riesgo de que su cuerpo rechace el vástago. Células una vez implantadas.

Ambos métodos, utilizando embriones fertilizados existentes y creando nuevos embriones específicamente para fines de investigación, son controvertidos. Pero antes de entrar en la controversia, descubramos cómo los científicos logran que las células madre se repliquen en un laboratorio para estudiarlas.

Cuando un embrión contiene aproximadamente ocho células, las células madre son totipotente - Pueden desarrollarse en todos los tipos de células. A los tres o cinco días, el embrión se convierte en una bola de células llamada blastocisto. Un blastocisto contiene aproximadamente 100 células en total y las células madre están dentro. En esta etapa, las células madre son pluripotente - Pueden desarrollarse en casi cualquier tipo de célula.

Cómo funcionan las células madre: madre

Para cultivar las células madre, los científicos las extraen del blastocisto y las cultivan (las cultivan en una solución rica en nutrientes) en una placa de Petri en el laboratorio. Las células madre se dividen varias veces y los científicos dividen la población en otros platos. Después de varios meses, hay millones de células madre. Si las células continúan creciendo sin diferenciarse, entonces los científicos tienen una línea de células madre. Las líneas celulares se pueden congelar y compartir entre laboratorios. Como veremos más adelante, las líneas de células madre son necesarias para desarrollar terapias.

Hoy en día, a muchas mujeres embarazadas se les pregunta sobre el almacenamiento del cordón umbilical, el proceso de almacenamiento de la sangre del cordón umbilical después del parto. ¿Por qué alguien querría hacer eso? Una vez que la madre da a luz, el cordón umbilical y la sangre restante a menudo se descartan. Sin embargo, esta sangre también contiene células madre del feto. La sangre del cordón umbilical se puede extraer y las células madre embrionarias crecer en cultivo. A diferencia de las células madre embrionarias anteriores en el desarrollo, las células madre fetales de la sangre del cordón umbilical son multipotente - Pueden convertirse en un número limitado de tipos de células.

Ahora que tiene una mejor comprensión de las células madre embrionarias, veamos las células madre adultas.

Células madre adultas

Cómo funcionan las células madre: cómo

Puede pensar en las células madre adultas como nuestros kits de reparación incorporados, células regeneradas dañadas por enfermedades, lesiones y desgaste diario. Estas células indiferenciadas residen entre otras células diferenciadas en un tejido u órgano; se dividen y se especializan para reparar o reemplazar las células diferenciadas circundantes. Un ejemplo común de células madre adultas es células madre hemopoyéticas, que se encuentran en la médula ósea roja. Estas células madre se diferencian en varias células sanguíneas (glóbulos rojos, linfocitos, plaquetas, consulte Cómo funciona la sangre para obtener más información). Por ejemplo, los glóbulos rojos no son capaces de reproducirse y sobrevivir durante aproximadamente 28 días. Para reemplazar los glóbulos rojos desgastados, las células madre hemopoyéticas en la médula ósea se dividen y diferencian en nuevos glóbulos rojos.

La médula ósea también contiene un segundo tipo de célula madre adulta conocida como estroma o células madre mesenquimales. Las células madre estromales se convierten en hueso, cartílago, grasa y tejidos conectivos que se encuentran en el hueso. Las células madre adultas también se han encontrado en muchos otros tejidos, como el cerebro, el músculo esquelético, los vasos sanguíneos, la piel, el hígado, los dientes y el corazón. Independientemente de la fuente, las células madre adultas son multipotente - Pueden convertirse en un número limitado de tipos de células.

Aunque las células madre adultas existen en muchos tejidos, su número es pequeño, quizás una célula madre adulta por cada 100,000 células circundantes. Estas células madre se parecen a las células circundantes, por lo que es difícil diferenciarlas. Pero los investigadores han desarrollado una forma interesante de identificarlos "iluminándolos". Todas las células tienen proteínas únicas en su superficie llamadas receptores. Los receptores se unen a mensajes químicos de otras células como parte de la comunicación célula a célula. Los investigadores usan estos receptores, o marcadores - para identificar y aislar células madre adultas "etiquetando" los mensajes químicos que se unen a esos receptores específicos en la célula madre con moléculas fluorescentes. Una vez que el mensaje químico fluorescente se une al receptor en la superficie de la célula madre, la célula madre se "iluminará" bajo luz fluorescente. La célula madre "encendida" puede entonces identificarse y aislarse.

Al igual que las células madre embrionarias, las células madre adultas se pueden cultivar en cultivo para establecer líneas de células madre.

Se creía que las células madre adultas eran más limitadas que las células madre embrionarias, lo que solo daba lugar al mismo tipo de tejido del que se originaban. Pero una nueva investigación sugiere que las células madre adultas también pueden generar otros tipos de células. Por ejemplo, las células del hígado pueden ser inducidas a producir insulina, que normalmente es producida por el páncreas. Esta capacidad se conoce como plasticidad o transdiferenciación

Se creía que solo había dos tipos de células madre: embrionarias y adultas, pero hay otro niño en el bloque de células madre. Sigue leyendo para aprender sobre este "nuevo" tipo: la célula madre pluripotente inducida.

Células madre pluripotentes inducidas (IPSCs)

Ya sea de embriones o tejidos adultos, las células madre son pocas. Pero muchos son necesarios para las terapias celulares. Ha habido problemas éticos y políticos con el uso de células madre embrionarias, por lo que si hubiera una forma de obtener más células madre de los adultos, podría ser menos controvertido. Ingrese el IPSC.

Cada célula en el cuerpo tiene las mismas instrucciones genéticas. Entonces, ¿qué hace una célula del corazón diferente de una célula del hígado? Las dos células expresan diferentes conjuntos de genes. Del mismo modo, una célula madre activa conjuntos específicos de genes para diferenciarse en otra célula. Entonces, ¿es posible reprogramar una célula diferenciada para que vuelva a ser una célula madre? En 2006, los científicos hicieron exactamente eso. Utilizaron un virus para administrar cuatro factores de células madre en las células de la piel. Los factores causaron que las células madre diferenciadas pasaran a un estado similar a una célula madre embrionaria. Las células resultantes, llamadas células madre pluripotentes inducidas (IPSCs), compartieron muchas características con células madre embrionarias humanas. Las estructuras de las IPSC eran similares, expresaban los mismos marcadores y genes, y crecían igual. Y los investigadores pudieron hacer crecer las IPSC en líneas celulares.

Hay muchas más células diferenciadas en el cuerpo humano que las células madre, embrionarias o adultas. Por lo tanto, se podrían hacer grandes cantidades de células madre a partir de las propias células diferenciadas del paciente, como las células de la piel. Hacer IPSCs no involucra embriones, por lo tanto, esto evitaría los problemas éticos y políticos involucrados en la investigación con células madre. Sin embargo, hacer ISPSCs es un desarrollo reciente, por lo que los científicos necesitan hacer más investigaciones antes de poder usarlos para terapias. Primero, necesitamos entender mejor el proceso de "reprogramación". Y luego debemos investigar si las IPSC son lo suficientemente similares o en realidad son idénticas a las células madre embrionarias. La investigación actual se centra en estas preguntas, pero la reprogramación de células para que las IPSC tenga un gran potencial.

Ahora que tiene una buena idea de qué son las células madre y cómo funcionan, veamos cómo se pueden usar para tratar enfermedades.

Salva esos dientes

Los dentistas generalmente descartan las muelas del juicio después de haber sido extraídas, pero tal vez deberían comenzar a salvarlas; Sólo podrían ser útiles para hacer células madre. Recientemente, un grupo de científicos japoneses fabricaron células madre pluripotentes inducidas (IPSCs) a partir de la pulpa dental de las muelas del juicio extraídas. Utilizaron virus para administrar factores de células madre a células estromales mesenquimales aisladas de la pulpa de los terceros molares. Las IPSC resultantes fueron similares a las células madre embrionarias.

En 2003, un investigador de NIH, Sangtao Shi, extrajo células madre de los dientes de leche de su hija. Las células madre crecieron en cultivo y pudieron formar hueso cuando se implantaron en ratones. Potencialmente, podría extraer células madre de sus dientes para uso futuro, pero sería un proceso costoso.

Tal vez eso es lo que hace el hada de los dientes con todos esos dientes?

Uso de células madre para tratar la enfermedad

Cómo funcionan las células madre: células

El primer paso en el uso de células madre para el tratamiento de enfermedades es establecer líneas de células madre, lo que los investigadores han logrado. A continuación, los científicos deben poder activar genes específicos dentro de las células madre para que las células madre se diferencien en cualquier célula que deseen. Pero los científicos aún no han aprendido a hacer esto; Por lo tanto, estudiar la diferenciación de células madre es un área activa de investigación. Una vez que los científicos pueden crear células diferenciadas a partir de células madre, existen muchas posibilidades para su uso, como pruebas de drogas y terapias basadas en células. Por ejemplo, supongamos que desea probar nuevos medicamentos para tratar enfermedades del corazón. Actualmente, los nuevos medicamentos deben ser probados en animales. Los datos de la investigación con animales deben interpretarse y luego extrapolarse a los humanos antes de los ensayos clínicos en humanos. Pero supongamos que podrías probarlos directamente en las células del corazón humano. Para hacer esto, las líneas de células madre humanas podrían tratarse para diferenciarse en células del corazón humano en un plato. Los medicamentos potenciales podrían probarse en esas células y los datos serían directamente aplicables a los humanos. Este uso podría ahorrar enormes cantidades de tiempo y dinero para llevar nuevos medicamentos al mercado.

Las terapias basadas en células madre no son nuevas. La primera terapia basada en células madre fue un trasplante de médula ósea utilizado para tratar la leucemia. En este procedimiento, la médula ósea existente del paciente se destruye por radiación y / o quimioterapia. La médula ósea del donante se inyecta en el paciente y las células madre de la médula ósea se establecen en los huesos del paciente. Las células de la médula ósea del donante se diferencian en células sanguíneas que el paciente necesita. A menudo, el paciente debe tomar medicamentos para evitar que su sistema inmunológico rechace la nueva médula ósea. Pero este procedimiento utiliza células madre hemopoyéticas existentes. ¿Cómo usarías líneas de células madre? Veamos cómo se pueden usar las células madre para tratar la insuficiencia cardíaca.

Idealmente, para tratar un corazón defectuoso, los científicos podrían estimular las células madre para diferenciarse en células cardíacas e inyectarlas en el corazón dañado del paciente. Allí, las nuevas células del corazón podrían crecer y reparar el tejido dañado. Aunque los científicos aún no pueden dirigir las células madre para diferenciarse en células cardíacas, han probado esta idea en ratones. Han inyectado células madre (adultas, embrionarias) en ratones con corazones dañados. Las células crecieron en las células dañadas del corazón y los ratones mostraron una mejor función cardíaca y flujo sanguíneo.

En estos experimentos, cómo las células madre mejoraron la función cardíaca sigue siendo controvertido. Pueden tener células musculares nuevas regeneradas directamente. Alternativamente, pueden haber estimulado la formación de nuevos vasos sanguíneos en las áreas dañadas. Y el nuevo flujo de sangre puede haber estimulado las células madre del corazón existentes para diferenciarse en nuevas células del músculo cardíaco. Estos experimentos están siendo evaluados actualmente.

Un obstáculo importante en el uso de células madre es el problema de rechazo. Si a un paciente se le inyectan células madre extraídas de un embrión donado, su sistema inmunológico puede ver a las células como invasores extraños y lanzar un ataque contra ellos. El uso de células madre adultas o IPSCs podría superar este problema, ya que las células madre extraídas del paciente no serían rechazadas por su sistema inmunológico. Pero las células madre adultas son menos flexibles que las células madre embrionarias y son más difíciles de manipular en el laboratorio. Y la tecnología IPSC es demasiado nueva para el trabajo de trasplante.

Finalmente, al estudiar cómo se diferencian las células madre en células especializadas, la información obtenida se puede utilizar para comprender cómo se producen los defectos de nacimiento y, posiblemente, cómo tratarlos.

Entonces, si hay tanto potencial en la investigación con células madre, ¿por qué toda la controversia? Investiguemos las cuestiones éticas y políticas actuales.

Controversia en la investigación de células madre

La investigación con células madre se ha convertido en uno de los problemas más grandes que dividen a las comunidades científicas y religiosas de todo el mundo. En el núcleo del problema hay una pregunta central: ¿cuándo comienza la vida? En este momento, para obtener células madre que sean confiables, los científicos deben usar un embrión ya concebido o bien clonar un embrión usando una célula del cuerpo de un paciente y un óvulo donado. De cualquier manera, para cosechar las células madre de un embrión, los científicos deben destruirlo. Aunque ese embrión solo puede contener cuatro o cinco células, algunos líderes religiosos dicen que destruirlo es el equivalente a tomar una vida humana. Inevitablemente, este tema entró en la arena política.

En 1996, el Congreso aprobó un anexo al proyecto de ley de apropiaciones federales llamado Enmienda de Dickey-Wicker. Los representantes Jay Dickey y Roger Wicker propusieron prohibir el uso de fondos federales para cualquier investigación en la que se crea o destruye un embrión humano. El dinero federal es una fuente primaria de financiamiento para la investigación con células madre. La enmienda ha sido renovada cada año desde entonces.

En 2001, el presidente George W. Bush restringió aún más la investigación con células madre federales.En una orden ejecutiva, Bush declaró que los fondos federales solo podían usarse para la investigación de líneas de células madre embrionarias humanas que ya se habían establecido (solo 22 líneas de células). Esto impidió a los investigadores crear más líneas de células madre embrionarias para la investigación.

En 2009, el presidente Barack Obama emitió una orden ejecutiva para expandir la investigación con células madre embrionarias. La administración de Obama permitió la financiación federal de la investigación con células madre embrionarias si se aplicaban las siguientes condiciones:

  • La línea celular fue una de las 22 existentes durante la administración de Bush o se creó a partir de embriones que se descartaron después de los procedimientos de fertilización in vitro.
  • Los donantes de los embriones no fueron pagados de ninguna manera.
  • Los donantes sabían claramente que los embriones se utilizarían para fines de investigación antes de dar su consentimiento.

Según la administración, la nueva política no violaba la enmienda Dickey-Wicker porque el dinero no financiaba la creación de nuevos embriones (ya habían sido creados por medios privados) y no financiaba su destrucción.

En 2009, dos investigadores de Boston, el Dr. James Sherley del Instituto de Investigación Biomédica de Boston y la Dra. Theresa Deisher de la Compañía de Biotecnología Ava Maria, y otras agencias presentaron una demanda contra el gobierno. Inicialmente, la demanda fue desestimada porque el juez dictaminó que los demandantes no tenían una posición legal (es decir, no estaban afectados materialmente por las nuevas reglas). Sin embargo, un tribunal de apelaciones anuló la sentencia inicial. Los dos científicos seguían siendo demandantes. Los científicos afirmaron que, debido a que utilizaban células madre adultas exclusivamente en su investigación, las nuevas reglas aumentarían la competencia por los dólares de investigación federales, lo que afectaría su capacidad para obtener financiamiento. El juez federal Royce Lamberth confirmó la decisión de la corte de apelaciones. Él colocó una orden judicial que impide que las nuevas reglas entren en su lugar. Afirmó que las reglas violaron la enmienda Dickey-Wicker porque los embriones deben destruirse en el proceso de creación de líneas de células madre embrionarias.

En septiembre de 2010, The New York Times informó que el Tribunal de Apelaciones de EE. UU. Dictaminó que la financiación federal de la investigación con células madre embrionarias podría continuar bajo las nuevas reglas, mientras que la corte considera la decisión del juez Lamberth [fuente: New York Times]. Esta decisión permite a los investigadores continuar alimentando cultivos de células madre embrionarias, experimentando con ratones y otras actividades de investigación hasta que este tribunal resuelva, la Corte Suprema de los EE. UU. Interviene o el Congreso aprueba una legislación que aclara los problemas. Mientras tanto, la investigación con células madre y las carreras de los investigadores de células madre se encuentran en una montaña rusa legal. Aunque las células madre tienen un gran potencial para el tratamiento de enfermedades, aún queda mucho por hacer en los frentes científico, ético y legal.

Para más información sobre las células madre, investigue los enlaces en la página siguiente.

Defensores de la investigación de células madre

Desde 1991, cuando se le diagnosticó la enfermedad de Parkinson (un trastorno cerebral degenerativo que afecta el movimiento), el actor Michael J. Fox ha sido un defensor vocal de la investigación con células madre. Su fundación ha donado más de $ 205 millones para ayudar a financiar la investigación de Parkinson [fuente: Michael J. Fox Foundation]. Fox y su fundación esperan que los científicos algún día puedan persuadir a las células madre para que produzcan dopamina, una sustancia química en el cuerpo que es deficiente en pacientes con enfermedad de Parkinson.

La ex primera dama Nancy Reagan también se convirtió en defensora de la investigación con células madre cuando su esposo, el ex presidente Ronald Reagan, sufrió Alzheimer, otra enfermedad cerebral degenerativa. Murió de Alzheimer en el verano de 2004.


Suplemento De Vídeo: ¿ Qué son las células madre ? | Somos Curiosos.




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