Las células madre de pulmón en la salud, la reparación y la enfermedad

Las enfermedades crónicas de pulmón como el cáncer y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) están entre las causas más comunes de muerte en Europa y suponen un gasto de más de 100 billones de euros al año. Estas enfermedades provocan cambios en las células pulmonares. La investigación con células madre no sólo nos ayudaría a entender las causas que provocan estas enfermedades, sino que también nos ayudaría a encontrar futuros tratamientos.

Muchas de las enfermedades pulmonares más comunes de Europa, como el cáncer de pulmón y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) se generan por daños en las células que forman los pulmones. Los estudios de las células madre del pulmón podrían aportar nuevos conocimientos sobre estas enfermedades y sentar las bases para tratamientos futuros.

Las células madre de los pulmones son importantes para el desarrollo pulmonar inicial del feto. Además, investigaciones recientes sugieren la existencia de varios tipos celulares de células madre de pulmón en adultos, que son importantes para reparar daños. El pulmón adulto utiliza distintas poblaciones de células madre según el tipo de daño que presente, Por ejemplo, el daño causado por una infección gripal lo repara una célula madre diferente al daño por inhalación de productos químicos.

Las células madre del pulmón se encuentran  en los pulmones en desarrollo del feto y en los pulmones adultos, pero no son exactamente las mismas. Los investigadores saben que se producen cambios, pero no se conoce bien en qué se diferencian estas células.

Algunos investigadores están estudiando los mecanismos que determinan qué células madre del pulmón se activan tras un daño o infección.

Los investigadores están estudiando cómo los daños producidos en los genes que controlan el crecimiento y la multiplicación de las células madre de los pulmones podrían llevar a las células a seguir dividiéndose y multiplicándose y potencialmente a convertirse en cánceres del pulmón.

La mayor parte de las investigaciones sobre células madre del pulmón se ha llevado a cabo en ratones. Sin embargo, los estudios recientes están empezando a examinar cómo se relacionan los resultados anteriores con las células pulmonares de humanos.

Estudiar el funcionamiento de las células del pulmón humanas en el laboratorio es muy difícil porque estas células forman estructuras y tejidos complejos que todavía no se pueden reproducir artificialmente en el laboratorio.

Sin embargo, los avances recientes en las condiciones de cultivos de organoides se están aplicando al pulmón y están permitiendo que se investiguen algunos comportamientos de las células madre de pulmón humanas.

Lungs

Nuestros pulmones trabajan incansablemente. En la vida media de un ser humano. A lo largo de nuestra vida, nuestros pulmones respiran entre 20 y 40 millones de veces y por ellos circula un flujo de aire de entre 7000 y 10,000 litros al día.

Los pulmones de los mamíferos están compuestos por 2 regiones diferentes:

1.     Las vías o conductos respiratorios, que incluyen la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. 
2.     La región donde sucede el intercambio gaseoso, o espacios alveolares

Los científicos han descubierto que cada una de estas regiones contiene tipos únicos de células madre y células progenitoras.  En un pulmón normal, las células progenitoras están presentes y son abundantes en cada región. Estas células se dividen con el objetivo de reemplazar las células viejas o dañadas y así mantener el pulmón sano. Las células progenitoras son: las células basales de la tráquea, las células secretoras del bronquiolo, y las células alveolares de tipo 2. Se cree que sólo la división de estas células es suficiente para mantener la estructura del pulmón durante la vida adulta.

Las células madre, aun siendo mucho menos comunes que las progenitoras, se encuentran tanto en pulmones embrionarios como en adultos. Algunas de estas células madre, contribuyen al desarrollo inicial del pulmón y ayudan en la reparación y regeneración del mismo a lo largo de la vida. Y la disfunción de estas células puede contribuir al desarrollo de enfermedades pulmonares parece surgir a raíz de se.

En los pulmones de ratón se ha descubierto que un escaso número de células madre muy poco frecuentes y que están ubicados en los conductos de las vías aéreas, en respuesta a una lesión severa (infección de la gripe por ejemplo), pueden dividirse y producir nuevas células que contribuirán a la regeneración tanto a los conductos respiratorias como a las regiones de intercambio de gases. Como prueba de este concepto, estas células también se han podido cultivar in vitro y se han utilizado como un tratamiento para regenerar pulmones lesionados en ratón.

Pulmones
Izquierda: Estructura del pulmón adulto. Derecha: Anatomía del pulmón y células madre de pulmón

 

Una mejor comprensión de la biología de las células madre y de las células progenitoras de pulmón ampliará nuestro conocimiento sobre el funcionamiento del pulmón sano. Esto, a su vez, no sólo explicará las causas de las enfermedades pulmonares como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), sino que también podría servir para desarrollar nuevos fármacos u otros tratamientos. Asimismo, las células madre de pulmón podrían ser utilizadas en terapias futuras que tendrían como objetivo el reparar y regenerar los pulmones de pacientes con daño pulmonar severo.

Las células madre de pulmón han sido principalmente identificadas y caracterizadas en ratones genéticamente modificados. Estos estudios han permitido la identificación de las diferencias entre células madre embrionarias y adultas de pulmón, el descubrimiento de la función de las células madre en la reparación pulmonar, y la investigación de los cambios en las células madre de pulmón que pueden desembocar en el desarrollo de una enfermedad pulmonar. Un enfoque actual en la investigación es la buscar si las mismas poblaciones de células madre y progenitoras pueden ser identificadas en pulmones humanos.

Fluorescence tagging of progenitor and stem cells before and after lung injury
Células madre y células progenitoras marcadas con fluorescencia verde antes y después de una lesión pulmonar

Actualmente los científicos también trabajan con el objetivo de determinar la función de las células madre en varias enfermedades pulmonares humanas, entre ellas el cáncer y la EPOC. Además de ello, los investigadores también han empezado a explorar posibles aplicaciones clínicas de estas células por primera vez en estudios en humanos. Estas investigaciones están dirigidas a probar si las células madre de pulmón podrían mejorar el reemplazo o la regeneración del órgano en los pacientes.

A medida que los científicos vayan entendiendo mejor la identidad exacta y el funcionamiento de las células madre del pulmón humano, conoceremos el potencial que tienen estas células en las aplicaciones clínicas. Asimismo, los investigadores podrán identificar fármacos que regulen las células madre de pulmón y que puedan ser probados para el tratamiento de las enfermedades pulmonares. En un futuro, también se investigará el uso de las células madre de pulmón para una medicina más personalizada.

Esta hoja informativa fue creada por Adam Giangreco y Emma Rawlins.

Revisado y actualizado en 2015 y 2018 por Emma Rawlins.

Texto traducido al español por Usua Laresgoiti y Sandra Blanco Benavente.

Diagrama de Adam Giangreco. Imágenes de Adam Giangreco y Emma Rawlins.