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Científicos de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido,
y el Instituto de Tecnología de California (Caltech), en EEUU,
han creado un embrión con cerebro y corazón latiendo a partir
de células madre cultivadas en laboratorio. El trabajo, fruto
de un proyecto de diez años de trabajo de investigación, ha
sido publicado en Nature. Esta es la etapa de desarrollo más
avanzada lograda hasta la fecha en un modelo derivado de células
madre. Investigadores de la Universidad de Cambridge y Caltech
han creado modelos de embriones de ratón a partir de células
madre, que pueden convertirse en casi cualquier tipo de célula
del cuerpo, con corazón latiendo, las bases de un cerebro
primitivo y el resto de órganos del cuerpo de ratón. Los resultados
son la culminación de más de una década de investigación básica
y podrían ayudar a los investigadores a comprender por qué
algunos embriones no salen adelante produciendo abortos espontáneos
mientras que otros progresan a fetos en un embarazo saludable.
El hallazgo también será útil para curar o desarrollar órganos
humanos dañados o crear órganos sintéticos aptos para trasplante.
Para guiar el desarrollo de su embrión sintético, los investigadores
reunieron células madre cultivadas que representaban cada
uno de los tres tipos de tejido embrionario y les facilitaron,
mediante manipulación in vitro, desarrollarse en proporciones
y en un entorno propicio para su crecimiento y comunicación
entre sí, lo que condujo a un embrión. Coordinados por Magdalena
Zernicka-Goetz, profesora de Biología e Ingeniería Biológica
en Caltech y experta en mamíferos y biología de células madre
en el Departamento de Fisiología, Desarrollo y Neurociencia
de Cambridge, ensamblaron embriones derivados de células madre
in vitro a partir de células madre embrionarias (ESC) y extraembrionarias
-células madre trofoblásticas (TSC) y células madre del endodermo
extraembrionario (iXEN) para potenciar el desarrollo natural
del embrión creado artificialmente. "Mostramos que dicho ensamblaje
facilita el desarrollo natural completo del embrión de ratón
en el útero hasta el día 8,5", concretan.
Magdalena Zernicka-Goetz.
Un gran avance en este estudio es la capacidad de generar
todo el cerebro, en particular la región anterior, que ha
sido un "santo grial" en el desarrollo de embriones sintéticos.
El embrión "artificial" tenía pliegues en la cabeza con regiones
definidas del prosencéfalo y el mesencéfalo, un cerebro primitivo
que da lugar a al región cerebral anterior durante la fase
de desarrollo embrionario, y una estructura similar a un corazón
que late, un tronco que comprende un tubo neural y somitas,
que originan los músculos y la piel, además de un tubo intestinal
y células germinales primordiales, que se encargan de la formación
de los gametos (óvulos y espermatozoides).
El modelo de embrión se desarrolló sin óvulos ni espermatozoides,
que se desarrolló en un saco vitelino extraembrionario. Los
investigadores imitaron los procesos naturales en el laboratorio
al guiar los tres tipos de células madre que se encuentran
en el desarrollo temprano de los mamíferos hasta el punto
en que comienzan a interactuar. Al inducir la expresión de
un conjunto particular de genes y establecer un entorno único
para sus interacciones, los investigadores lograron que las
células madre se comunicaran" entre sí. Las células madre
se autoorganizaron en estructuras que progresaron a través
de las sucesivas etapas de desarrollo hasta que los embriones
sintéticos tuvieron corazones latiendo y las bases para un
cerebro, así como el saco vitelino donde se desarrolla el
embrión y del cual recibe nutrientes en sus primeras semanas.
Comparación entre un embrión natural y uno sintético, ambos
con corazón y pliegues en el encéfalo (en color) que darán
lugar al cerebro.
"Nuestros resultados demuestran la capacidad de autoorganización
de las células madre embrionarias y de dos tipos de células
madre extraembrionarias para reconstituir el desarrollo de
los mamíferos", señalan en el estudio. Los investigadores
encontraron que las células extraembrionarias envían señales
a las células embrionarias a través de señales químicas, pero
también mecánicamente o a través del tacto, guiando el desarrollo
del embrión. "Esto abre nuevas posibilidades para estudiar
los mecanismos del neurodesarrollo en un modelo experimental",
explica Zernicka-Goetz. "Los embriones sintéticos muestran
exactamente los defectos conocidos en el desarrollo del cerebro
como en un animal que lleva esta mutación. Esto significa
que podemos comenzar a aplicar este tipo de enfoque a los
muchos genes con una función desconocida en el desarrollo
del cerebro".
Pero además, el ratón sintético es capaz de desarrollar un
corazón que late, todos los componentes que forman el cuerpo",
explica. "Es increíble que hayamos llegado tan lejos. hHa
sido un sueño perseguido durante años y el enfoque principal
de nuestro trabajo durante una década y, finalmente, lo hemos
logrado".
"Este período de la vida humana es tan misterioso, por lo
que poder ver cómo sucede y tener acceso a estas células madre
individuales, comprender por qué fallan tantos embarazos y
cómo podríamos evitar que eso suceda es un privilegio", dice
Zernicka-Goetz. "Podemos escuchar el diálogo que tienen las
células madre y empezamos entender qué puede salir mal". Si
bien la investigación actual se llevó a cabo en modelos de
ratones, los investigadores están desarrollando un modelo
análogo para el desarrollo de embriones humanos para comprender
los mecanismos biológicos de procesos cruciales de otro modo
inaccesibles para su estudio en embriones reales. Si se demuestra
que estos métodos tienen éxito con células madre humanas en
el futuro, también podrían usarse para guiar el desarrollo
de órganos sintéticos para pacientes que esperan trasplantes.
"Hay tantas personas en todo el mundo que esperan durante
años un trasplante", dice Zernicka-Goetz. "Lo que hace que
nuestro trabajo sea tan emocionante es que el conocimiento
que nos aporta podría usarse para hacer crecer órganos humanos
sintéticos viables para salvar vidas que ahora se pierden,
o curar órganos adultos una vez comprendamos cómo se crean".
El trabajo ha estado financiado por los Institutos Nacionales
de Salud de EEUU (NIH), el Consejo Europeo de Investigación,
Wellcome Trust, la Open Philanthropy/Silicon Valley Community
Foundation y Weston Havens Foundation, y el Center for Trophoblast
Research.
Las células madre son células del embrión o de ciertos
tejidos del adulto. Capaz de dividirse indefinidamente y generar,
en cada división, dos células idénticas a ella y, también,
producir nuevos linajes celulares especializados.
Para que un embrión humano se desarrolle con éxito, debe
haber un "diálogo" entre los tejidos que se convertirán en
el embrión y los tejidos que conectarán el embrión con la
madre. En la primera semana después de la fertilización se
desarrollan tres tipos de células madre: unas forman los tejidos
del cuerpo y las otras dos apoyarán el desarrollo del embrión.
Uno de estos dos últimos tipos, conocido como células madre
extraembrionarias, se convertirá en la placenta, que conecta
al feto con la madre y le proporciona oxígeno y nutrientes.
El otro se convertirá en el saco vitelino, donde crece el
embrión y del cual recibe nutrientes en las primeras etapas
del desarrollo. Muchos embarazos fracasan en el momento en
que los tres tipos de células madre comienzan a enviarse entre
sí señales mecánicas y químicas que guían al embrión para
desarrollarse adecuadamente. "Este período temprano es la
base del resto del embarazo", explica Zernicka-Goetz. "Si
sale mal, el embarazo fracasará". "Este modelo de embrión
de células madre nos brinda acceso a la estructura en desarrollo
en una etapa que normalmente se nos oculta dada la implantación
del diminuto embrión en el útero de la madre", añade Zernicka-Goetz.
"Esta accesibilidad nos permite manipular los genes para comprender
la función que tienen en el desarrollo biológico".
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Una investigación del 2007 publicada en la revista
médica The Journal of Translation Medicine de Estados Unidos,
reveló que existen un tipo específico de células madres en
las paredes uterinas.
Las células madres con este origen están encargadas
de regenerar las células de tejidos dañados o lesionados.
Un equipo de la Universidad de los Andes comprobó que las
células madres uterinas tienen propiedades “antitumorales”,
debido a que son capaces de inhibir el acceso sanguíneo al
tumor, impidiendo así su proliferación y esparcimiento. Esto
podrá funcionar en un futuro como una terapia complementaria
a los tratamientos tradicionales contra el cáncer, ya que
ralentiza el crecimiento del tumor.
De igual manera, se pudo constatar que este
tipo de células madres podría transformarse hasta en 9 tipos
de tejidos, dentro de los cuales incluían células pacreáticas,
nerviosas, hepáticas, óseas y adiposas. Han comprobado que
son excelentes en generar células diferenciadas (o células
hijas) en la epidermis, por lo que pueden tener uso en regeneración
dermatológica, ejemplo, para regenerar tejidos donde ha habido
quemaduras graves. El Alzheimer, Parkinson y Accidente Cerebro
– Vascular (ACV), son otras enfermedades y condiciones que
pueden ser tratadas con células madres.
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Los medios de comunicación adoran hablar sobre la controversia
respecto a las células madre. Las células madre son fundamentales
para la salud, se encuentran en todo el organismo y se utilizan
comúnmente en medicina. Durante los últimos años, el término
“células madre” ha sido un tema candente en los medios de
comunicación. La terminología es muy confusa y los artículos
por lo general son engañosos (aún cuando no pretendan serlo).
Desafortunadamente, esto ha provocado que el público en general
tenga pánico de este término. “Células madre” se ha convertido
en una mala palabra. Pero no debería ser así. Entonces, ¿a
qué se debe tanto alboroto? La controversia sobre la investigación
y el uso medicinal de las células madre se puede reducir a
una sola cuestión: su origen. Cuando las células madre provienen
de embriones existen algunas cuestiones políticas, éticas
y religiosas. Estas células madre son las que comúnmente se
denominan “células madre embrionarias”. Otras células madre
pueden provenir de la médula ósea, la sangre de cordón umbilical
y la pulpa dental para citar tan solo algunos ejemplos, y
no involucran embriones en absoluto. Se las considera células
madre “libres de controversia”. Incluso en adultos, las células
madre son necesarias para continuar reparando y reemplazando
tejidos. Por ejemplo, la médula ósea produce glóbulos rojos
a una velocidad de alrededor de 2 millones por segundo. Los
glóbulos (que distribuyen el oxígeno en la sangre) se desgastan
y deforman después de aproximadamente 115 días y deben ser
reemplazados por nuevos glóbulos generados en la médula ósea.
Asimismo, las células madre se pueden encontrar en el organismo
en zonas, como la grasa, sangre, piel, dientes y muchas más.
Un equipo de científicos desarrollaron en 2015 el primer
"método fiable" capaz de integrar células madre humanas en
un embrión animal y generar las células a partir de las que
se forman los órganos del cuerpo, lo que supone superar un
importante obstáculo para en un futuro lograr órganos para
ser trasplantados.
No solo existen muchas células no controversias, sino que
pueden además tener beneficios que salvan vidas. En especial,
las células madre tomadas de la sangre de cordón umbilical
durante el nacimiento provienen verdaderamente de una fuente
de células madre no controversial y poseen cualidades únicas
no encontradas en células madre de otros orígenes. ¡Son lo
mejor de lo mejor! Cuando un padre elige donar o almacenar
en un banco de sangre privado la sangre de cordón umbilical,
está salvaguardando células madre que podrían utilizarse para
tratar enfermedades, como leucemia, linfoma y anemia drepanocítica.
En el caso de la sangre de cordón umbilical, la extracción
no duele ni es invasiva para la madre y el niño. No implica
tocar al bebé. Es el tratamiento para prácticamente 80 enfermedades.
Si los padres lo desean, podría utilizarse para tratamientos
que pueden salvar vidas e investigación revolucionaria.
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