El corazón: nuestro primer órgano

En el mundo aproximadamente 7 millones de personas sufren un ataque cardíaco cada año y las enfermedades del corazón son la causa de muerte mas frecuente en Europa. Un ataque cardiaco serio, causa lesiones que el cuerpo nunca logra sanar por completo. ¿Por qué el cuerpo humano no puede curarse a si mismo de un ataque cardiaco mientras existen otras partes del cuerpo como la piel o la sangre que se renuevan y se curan constantemente? ¿Podría la investigación con células madre brindarnos nuevos caminos para sanarcorazones lesionados?

Los infartos causan daños al corazón que nunca se curan del todo.

Contrariamente a lo que se creía antes, se ha descubierto que las células del músculo cardíaco (los cardiomiocitos) se generan y se reponen lentamente a lo largo de toda la vida. Este proceso es demasiado lento para reparar el daño cardíaco causado por un infarto y, además, se vuelve más lento con la edad.

Es posible generar cardiomiocitos y células marcapasos en el laboratorio a partir de células madre embrionarias y células madre pluripotentes inducidas (células iPS). Aunque los investigadores se muestran optimistas ante la posibilidad de que las células madre puedan usarse para reparar el daño cardíaco, no hay todavía tratamientos de este tipo que hayan sido validados.

No sabemos cómo se generan los nuevos cardiomiocitos. Algunos investigadores han avanzado la hipótesis de que existan células madre cardíacas, pero hacen falta más datos para confirmarlo.

Otro tema de gran interés entre los investigadores es el mecanismo de regeneración del corazón en otros animales. Comprender este mecanismo podría llevar a  entender cómo activar la capacidad de autorreparación del corazón humano.

Se está investigando cómo estimular las células del corazón para inducirlas a multiplicarse y a reparar así el daño cardíaco de forma natural.

En el laboratorio, se está intentando producir cardiomiocitos uniformes, predecibles y seguros para usarlos en los trasplantes.

Los tratamientos médicos que afectan al corazón implican un nivel  de riesgo considerable porque el corazón es fundamental para la vida.

Antes de trasplantar cardiomiocitos generados a partir de células madre pluripotentes, como las células iPS, es necesario asegurarse de que todas las células producidas son realmente cardiomiocitos, ya que el trasplante accidental de células pluripotentes podría causar tumores cancerosos, generar tipos celulares no deseados u ocasionar otras complicaciones.

Aun cuando los cardiomiocitos para el trasplante estén libres de defectos, hay que asegurarse de que laten al mismo ritmo que los cardiomiocitos originales del corazón.

El corazón

El corazón es el primer órgano que aparece durante el desarrollo del cuerpo. Cuando un embrión está formado aún por muy pocas células, cada célula puede obtener los nutrientes que necesita directamente de su entorno. Pero a medida que las células se dividen y multiplican para formar una bola que aumenta de tamaño, se vuelve imposible que los nutrientes lleguen a todas y cada una de las células por si mismos en manera eficiente. Además, las células también producen deshechos de los cuales se tienen que liberar. Así que la sangre y el sistema circulatorio, propulsados por el corazón, son el primer sistema de órganos que se desarrolla. Estos son esenciales para distribuir nutrientes y deshechos en todo el embrión y así mantener las células vivas.

A lo largo de nuestra vida, el corazón continúa su trabajo vital de bombear sangre hacia todo nuestro cuerpo. Pero un gran número de pacientes sufren enfermedades que alteran la capacidad del corazón de hacer su trabajo. Una vez dañado, el corazón adulto en los humanos no puede sanarse de forma completa. 

Esto ha estimulado a que los científicos busquen alternativas para reemplazar las células dañadas en el corazón. Están investigando una alternativa a la única terapia de reemplazo disponible para las enfermedades cardiacas hoy – el trasplante de corazón.

A inicios del 2000, algunas investigaciones sugirieron que células de la médula ósea podrían ayudar a reparar el corazón. Células de la médula ósea de ratón ,se trasplantaron a ratones a los que se les había inducido previamente un ataque cardiaco, o un infarto de miocardio. Los resultados sugirieron que las células de la medula ósea podrían formar nuevas células del músculo cardíaco, llamadas cardiomiocitos (hecho que ha sido contestado). Dado el potencial que estos resultados tenían de brindar una posible solución al enorme problema de las enfermedades cardiacas, no es sorprendente que estos resultados tempranos fueran rápidamente trasladados a pruebas clínicas en humanos. 

Las pruebas clínicas arrojaron resultados muy diferentes: algunas mostraron leves mejorías en el corazón de pacientes tratados con células de la médula ósea, mientras otros no manifestaron mejorías. Los métodos que se usaron para evaluar qué tan bien trabajaba el corazón son distintos entre uno y otro estudio. Mientras que algunos estudios usaron tecnología de punta para visualizar y evaluar la cantidad de sangre que bombeaba el corazón, otros usaron antiguas técnicas radiológicas de visualización. Estas últimas a veces pueden hacer parecer que aumenta la actividad de bombeo del corazón incluso si en realidad el corazón se vuelve apenas más ‘rígido’. En conjunto, incluso los ensayos clínicos con mas éxito no han podido demostrar una cura del corazón que sea mejor que los medicamentos ya existentes.

La primera investigación que sugirió que células de la médula ósea de ratón podrían transformarse en células de musculo cardiaco (cardiomiocitos) después del trasplante ha sido revocada. El estudio observó ciertos genes en las células que identificó como células cardiacas derivadas de las células de médula ósea. Sin embargo, investigaciones más recientes que se focalizaron en otros genes para identificar las mismas células han dado resultados distintos. A día de hoy está firmemente establecido que las células de médula ósea no tienen la capacidad de convertirse en cardiomiocitos cuando se trasplantan al corazón. En lugar de esto, las células de médula ósea se unen (fusionan) con los cardiomiocitos previamente existentes en el corazón. A pesar de esto, los ensayos clínicos continúan con la esperanza de que estas células puedan tener otros efectos positivos en el corazón.

Durante algún tiempo, los científicos creían que el corazón de personas adultas no tenia ninguna capacidad de generar nuevas células musculares de corazón, o cardiomiocitos. Las pruebas nucleares cambiaron esta creencia. Las bombas nucleares fueron probadas sobre el suelo entre 1950 y 1963. La explosión de las bombas de prueba cargó la atmosfera con un tipo de carbono radioactivo llamado C-14. Los arqueólogos han usado este tipo de enfoque durante muchos años para calcular la edad de material antiguo. Los biólogos ahora usaron esta misma técnica de ‘determinación de la edad con carbono’ para investigar la edad de los cardiomiocitos en el corazón de personas vivas. Hallaron que en promedio los cardiomiocitos de un individuo humano adulto son seis años más jóvenes que el individuo en si mismo. Esto quiere decir que nuestro cuerpo adulto debe estar creando cardiomiocitos.

Lamentablemente, la capacidad de nuestro cuerpo de producir nuevos cardiomiocitos disminuye con la edad. En las primeras décadas de nuestra vida, cada año se reemplaza aproximadamente el 2% de nuestros cardiomiocitos, pero cuando tenemos 70 años sólo se sustituye menos del 1 %. En otras palabras, la capacidad de nuestro corazón de generar nuevos cardiomiocitos precisamente cuando más los necesitamos, p.ej. cuando sufrimos un ataque cardiaco, es muy limitada.

El descubrimiento que el corazón adulto genera nuevos cardiomiocitos, aunque a una velocidad extremadamente lenta, ha abierto un nuevo campo de investigación y ha generado nuevas esperanzas de que sea posible lograr que el corazón dañado de un paciente produzca nuevas células para curarse a si mismo. Los investigadores están tratando de establecer el origen de los nuevos cardiomiocitos, y comprender cómo se controla la producción de éstas células en el cuerpo adulto. Muchos grupos de investigación han sugerido que podrían existir células madre cardíacas en el corazón adulto y ser éstas responsables de la generación de nuevos cardiomiocitos. Sin embargo, los científicos no han alcanzado un consenso respecto a la identidad de las células madre del corazón y su existencia no ha sido confirmada aun.

En el laboratorio se pueden generar cardiomiocitos que no existen en el corazón:

1. Las células madre embrionarias se pueden utilizar con bastante sencillez en el laboratorio para generar cardiomiocitos aunque existen aún muchos desafíos antes de que estas células puedan ser usadas en pacientes.

2. Los investigadores también generaron cardiomiocitos de células iPS (inducidas a ser células madre pluripotentes), un tipo de célula madre que puede crearse en el laboratorio mediante reprogramación de células de la piel. Dado que las células iPS pueden obtenerse a partir de la propia piel del paciente, se podrían conseguir células cardiacas perfectamente compatibles con el paciente y que no sean rechazadas cuando se auto trasplantan

Sin embargo, todavía quedan muchos desafíos que afrontar. Por ejemplo, cualquier célula que late y es trasplantada en el corazón de un paciente, tendría que continuar latiendo junto con el resto del corazón. También es vital aprender a seleccionar SóLO las células adecuadas para el trasplante. Las células madre embrionarias y las células iPS se conocen ambas como pluripotentes – pueden generar todos los distintos tipos de células que se encuentran en el cuerpo. Lamentablemente, cuando estas células no especializadas se trasplantan en organismos adultos, tienden a generar tumores. Por lo tanto es muy importante poder separar las células madre pluripotentes de las células especializadas generadas a partir de éstas, como los cardiomiocitos. Únicamente los cardiomiocitos se tendrían que trasplantar al paciente. Una estrategia que puede usarse para seleccionar los cardiomiocitos es mediante la identificación de una combinación única de proteínas que se encuentra siempre en la superficie de las células, como un código de barras. La búsqueda de métodos como este para seleccionar con certeza y precisión un tipo particular de células es un área de investigación activa actualmente.

El futuro presenta muchas preguntas y grandes esperanzas. ¿Seremos capaces de estimular al corazón a generar músculo nuevo en pacientes adultos sin necesidad de trasplantar células? ¿Seremos capaces de generar cardiomiocitos en el laboratorio y seleccionar los subtipos específicos de células para trasplantar, por ejemplo células marcapasos para generar marcapasos biológicos? ¿Cómo se podría lograr la coordinación de las células trasplantadas con las del corazón del paciente? 

Para responder a estas preguntas y desarrollar nuevas terapias, se necesita más investigación para comprender el corazón y los mecanismos que controlan la generación de nuevas células cardiacas. Por ejemplo, estudios en el pez cebra están dando nuevas pistas: el corazón del pez cebra adulto tiene una capacidad de regeneración (o reparación) extraordinaria. Investigaciones recientes también han mostrado que el corazón de ratones neonatos también puede regenerarse, pero esta capacidad se pierde a medida que el ratón crece. Otras investigaciones actuales buscan determinar cómo ocurre el cambio en la capacidad de auto reparación del corazón; una mejor comprensión de este proceso puede en un futuro revelar nuevas posibilidades de tratamiento para los pacientes a través de la activación de sus propios mecanismos de sanación. 

Este tipo de trabajo que apunta a desarrollar nuevas terapias celulares o de regeneración llevará tiempo. A corto plazo, los investigadores esperan poder usar los cardiomiocitos generados en el laboratorio para probar o identificar nuevos medicamentos para el corazón.

En ocasiones, las arterias que van al corazón se estrechan gradualmente con el paso del tiempo, como resultado de una obstrucción que va aumentando progresivamente (por materia grasa). La cantidad de sangre que fluye a través de la arteria y llega al corazón se reduce. Dado que la sangre transporta el oxígeno, el corazón no recibe la cantidad de oxígeno que necesita. Con frecuencia esta enfermedad crónica conduce a un infarto si se forma un coágulo de sangre en el lugar donde la arteria se ha estrechado.

Un infarto agudo de miocardio (ataque al corazón) se produce cuando un área del músculo cardiaco muere o resulta dañada a consecuencia de un suministro de oxígeno inadecuado. Se forma un coágulo de sangre en una de las arterias coronarias, los vasos que llevan la sangre al corazón, y dicho coágulo impide que la sangre, y en consecuencia el oxígeno, lleguen a las células cardiacas de esa zona, que mueren.

Hasta hace algunos años los científicos pensaban que era imposible reparar un corazón dañado. El descubrimiento de las células madre cardiacas (del corazón), hace más de tres años, abrió nuevas posibilidades para utilizar las células madre en la reparación de corazones dañados por ataques cardiacos (infarto agudo de miocardio), o por enfermedades crónicas (enfermedad de la arteria coronaria crónica). Diversos estudios con modelos animales con enfermedades cardiacas sugieren que el trasplante de células madre de médula ósea a los corazones dañados puede repararlos de forma parcial. Como resultado, existen numerosos ensayos clínicos en curso en la actualidad sobre trasplantes de médula ósea para tratar enfermedades cardiacas, en especial los ataques cardiacos (infarto agudo de miocardio).

En términos generales, en estos ensayos los pacientes que han padecido un infarto reciben preparados de células madre de su propia médula ósea que se conocen como trasplantes autólogos. Estos ensayos han demostrado que este tratamiento es seguro y se ha registrado una mejoría relativa en la función cardiaca. Sin embargo, muchos científicos opinan que estos resultados no son consistentes y que quedan muchas incógnitas sin resolver acerca de su relevancia clínica y sus efectos a largo plazo. En consecuencia, los científicos consideran que se necesita una investigación constante en el laboratorio, utilizando células y modelos animales, para avanzar en los ensayos clínicos.

Algunas de las cuestiones que los científicos tratan de responder incluyen comprender exactamente qué células de la médula ósea (o de la sangre) tienen un efecto sobre el corazón dañado. Igualmente, los científicos también estudian si las células madre de la médula ósea se convierten en células nuevas del músculo cardiaco y/ o en células de los vasos sanguíneos que detienen la muerte de las células cardiacas existentes o que liberan sustancias que estimulan la división de las células madre cardiacas existentes para que se multipliquen y sustituyan a las que han muerto. 

Esta hoja técnica fue escrita por Stefan Jovinge, coordinador del proyecto financiada por la CE CardioCell.

Imágenes de células de Stefan Jovinge. Imagen de apertura de corazón humano del Gordon Museum/Wellcome Images. Foto de prueba nuclear cortesía de National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office.


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