Células madre embrionarias: ¿cómo se obtienen y qué se puede hacer con ellas?

Las células madre embrionarias han capturado la imaginación tanto de los científicos como de los no científicos. Pero,¿qué son,como se obtienen y por qué los investigadores a través del mundo trabajan tanto para entender más sobre ellas?

Las células madre embrionarias humanas (ESC) son células pluripotentes, lo que significa que pueden fabricar cualquier otra célula del cuerpo. Están formadas a partir de blastocistos, células encontradas en embriones humanos en sus primeras fases de desarrollo.

Muchas áreas de la ciencia utilizan ESC de ratones para estudiar cómo los blastocistos crecen hasta convertirse en células adultas y qué señales dirigen a las células madre a diferenciarse en células especializadas.

Se ha aprendido mucho sobre el desarrollo embrionario y la enfermedad creando ratones quimera con ESC genéticamente modificadas. Estos ratones permiten a los investigadores analizar cómo contribuyen genes específicos a las funciones y enfermedades celulares.

Los investigadores están aprendiendo a crear diferentes tipos de células especializadas encontradas en el cuerpo exponiendo las células ESC a diferentes moléculas de señalización y condiciones de crecimiento.

Se están utilizando ESC de ratones para conocer cómo se desarrolla el cuerpo, desde las primeras fases embrionarias hasta la formación de órganos complejos.

Los investigadores están estudiando cómo se unen las células para formar tejidos complejos, como las capas del cerebro. Para ello, están intentando crear órganos primitivos en el laboratorio.

Muchos estudios están investigando cómo podrían utilizarse las células ESC para tratar diferentes enfermedades, desde la esclerosis múltiple hasta la ceguera o la diabetes.

Existen diferencias entre el funcionamiento de las ESC en ratones y en humanos. Por razones éticas y morales, los investigadores no pueden utilizar las ESC como lo hacen en los experimentos con las ESC de los ratones. Ello hace que tengan que imaginarse cómo funcionan las ESC de humanos de forma más compleja e indirecta.

Otro de los retos a los que se enfrentan es el de controlar exactamente cómo se diferencian las ESC en numerosos tipos de células especializadas.

Uno de los objetivos principales es encontrar formas de generar grandes cantidades de células especializadas a partir de células madre uniformes y que den resultados fiables, pero esto no será nada fácil.

Las células madre embrionarias se cultivan a partir de células encontradas en el embrión de tan sólo unos pocos días de edad. En humanos, ratones y otros mamíferos, el embrión, en esta etapa, es una pelota constituida de aproximadamente 100 células conocida con el nombre de blastocisto y está constituida de dos partes:

  1. Blastocyst diagram
  2. Una capa externa de células, o trofectodermo,que formará la placenta que contiene al embrión conforme va creciendo en el útero.
  3. Un grupo interno de células, llamado masa celular interna, la cual es un agregado de 10-20 células. Estas células no están diferenciadas o especializadas y se multiplicarán y diferenciarán extensamente para formar los muchos tipos de células que se necesitan para formar un animal entero.

Las células de la masa celular interna son pluripotentes: pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula en el cuerpo.

Mouse blastocyst
Un blastocisto de ratón de 3.5 días de vida, el color verde muestra la masa celular interna y el color rojo el trofectodermo

Cuando se obtiene la masa celular interna de un blastocisto de ratón y se le dan los nutrientes adecuados, es posible cultivarla en el laboratorio. El proceso de maduración y especialización celular, que normalmente se llevaría a cabo en el embrión, se detiene. En cambio, las células se multiplican para producir más células desdiferenciadas parecidas a la masa celular interna. Estas células que se cultivan en el laboratorio se llaman células madre embrionarias (ES, por sus siglas en ingles) .

Embryonic stem cell diagram
Las células madre embrionarias pueden multiplicarse y son capaces de crear otros tipos de células más especializadas

 

Las células madre de ratón pueden regresarse a un blastocisto de ratón y este blastocisto puede regresarse al útero de un ratón hembra para su crecimiento. Las células inyectadas toman parte en el desarrollo del embrión y el cachorro nace con una mezcla de células, (a) del blastocisto huésped y (b) de las células que provienen de las células ES inyectadas. A este nuevo ratón con células de dos orígenes diferentes se le llama una quimera 

Las quimeras pueden heredar los genes de las células madre embrionarias a su descendencia. Los investigadores pueden entonces alterar los genes de las células ES en el laboratorio, regresar las células a los blastocistos y producir nuevos ratones con genes alterados o “mutaciones”. Los científicos utilizan ratones alterados genéticamente hechos a partir de células ES para estudiar genes involucrados en muchas enfermedades humanas. Por ejemplo, se han hecho ratones con mutaciones encontradas en cánceres humanos. Estos ratones pueden estudiarse para entender más sobre cómo crecen los cánceres y para probar posibles fármacos. El gran valor de esta técnica para la ciencia y la medicina fue reconocido en el año 2007 cuando se otorgó el Premio Nobel de Medicina a tres científicos pioneros en el uso de células ES para crear ratones genéticamente modificados.

Los científicos también han hecho células ES a partir de la masa celular interna de embriones humanos, utilizando la misma técnica que se utiliza en ratones para aislar células ES. Puedes aprender más sobre la utilización de embriones humanos en esta investigación y de dónde provienen en la hoja informativa, La investigación con células madre embrionarias: un dilema ético. Aunque no está permitido inyectar células ES humanas de regreso en los blastocistos, estas células pueden diferenciarse en el laboratorio para formar muchos tipos de células especializadas. Al utilizar células ES humanas para producir células especializadas como las neuronas (células nerviosas) o las células de corazón en el laboratorio, los científicos pueden tener acceso a células humanas adultas sin la necesidad de tomar el tejido directamente de los pacientes. Los científicos pueden estudiar estas células adultas especializadas en detalle para ver qué es lo que no funciona en ciertas enfermedades o para estudiar cómo las células responden a nuevos tipos de posibles fármacos.

Hasta ahora, los científicos han hecho células ES de ratones y ratas, humanos y otros primates. En el futuro, la esperanza es hacer células ES de otras especies también. Los investigadores también están trabajando en el laboratorio en expandir y perfeccionar los métodos para crear tipos particulares de células adultas a partir de células ES. El controlar exactamente cómo se pueden diferenciar las células madre embrionarias es un desafío muy importante. A pesar de esto, algunos científicos están empezando a investigar si las células ES pueden utilizarse algún día para hacer células adultas que pudieran trasplantarse en pacientes y ayudarlos a sanar el tejido herido o enfermo.

Esta hoja informativa fue creada por Kate Blair y revisada por Jenny Nichols y Austin Smith.

Imagen del blastocisto humano (imagen principal) por Mila Roode. Blastocisto de ratónfotografía por Maria Elena Torres Padilla. Ratón quimérico fotografiado por Jenny Nichols. Fotografía de las neuronas por Oliver Bruestle. Todas las otras imágenes y diagramas por Kate Blair.