Las células troncales: Promesas y problemas

Ex ovo omnia: "Todo Viene del Huevo"

por Jorge E. Allende, director del Instituto de Ciencias Biomédicas, Facultad de Medicina, Universidad de Chile.

Publicado originalmente en El Mercurio, 12 de agosto de 2001

 

Hace mucho que sabemos que el ovocito fecundado es una célula troncal, ya que es capaz, por medio del maravilloso proceso de embriogénesis, de generar todas las células que componen el organismo en su asombrosa complejidad.

Hay un agitadísimo debate sobre las células troncales (stem cells) y su posible uso en investigación biomédica y clínica. La revista Newsweek del 9 de julio tituló su portada "The Stem Cell Wars" o "Las Guerras de las Células Troncales". La historia, informada por este medio, trata sobre la gran presión que estarían ejerciendo sobre el Presidente Bush bandos antagónicos que apoyan o rechazan el financiamiento del Gobierno Federal para investigaciones que usarían células troncales embrionarias. Más recientemente aún, después de la violenta Cumbre del G-8 en Génova, vimos fotografías del Papa conversando con el Presidente Bush y según la versión noticiosa, el Sumo Pontífice le habría recomendado no autorizar el financiamiento para investigaciones con estas células. ¿De qué se trata este debate y por qué están preocupados los líderes mundiales de estas investigaciones científicas?

 

Potencial terapéutico

Las células troncales que tienen la potencialidad de dividirse y dar origen a diversos tipos de células mediante el proceso de diferenciación celular. Al igual que el tronco o tallo de una planta que crece y da origen a ramas, hojas, flores y frutos, las células troncales de un animal pueden dividirse y dar origen a células tan diferentes en morfología y función como las neuronas del cerebro, los hepatocitos del hígado o los fibroblastos de la piel.

Hace mucho que sabemos que el ovocito fecundado es una célula troncal, ya que es capaz, por medio del maravilloso proceso de embriogénesis, de generar todas las células que componen el organismo en su asombrosa complejidad. Los embriólogos pioneros de las primeras décadas del siglo XX, Hans Spenmann y Jacques Loeb, se hicieron la pregunta de sobre cuán avanzado en el desarrollo embrionario se mantenía esa potencialidad de célula troncal. Usando embriones de anfibios, ellos pudieron demostrar que las células generadas por las cuatro primeras divisiones del embrión eran capaces de generar embriones completos. Estos resultados llevaron a Spenmann a preguntarse en 1938: "¿Podrá el núcleo de una célula diferenciada de un individuo adulto generar a otro individuo normal si es trasplantado en un ovocito enucleado?" La respuesta afirmativa a la pregunta de Spenmann, para el caso de mamíferos, fue contestada afirmativamente por el nacimiento de Dolly en 1996. Este clonamiento demostró que el núcleo de una célula epitelial de la glándula mamaria de la oveja podría recuperar su capacidad troncal al ser trasplantado y bañado en el citoplasma de la célula huevo.

Por varias décadas, también, hemos sabido que la médula ósea y algunos otros tejidos tienen células troncales capaces de generar las células sanguíneas y la gran cantidad de diversos tipos de células que integran nuestro sistema inmune. Los trasplantes de médula ósea como tratamiento para algunos tipos de leucemias y anemias se basan en la capacidad de ese tejido trasplantado para repoblar con células hematopoiéticas sanas la sangre y otros tejidos del paciente.

En 1981 se hizo otro descubrimiento de gran relevancia: Se encontró que en la masa interna del blastocito de ratón, etapa embrionaria en que hay unos pocos miles de células, se encontraban células embrionarias troncales (ESC). Estas ESC podrían ser cultivadas indefinidamente en placas de petri o tubos de ensayo con medios nutritivos apropiados. Dependiendo del medio, estas células podrían convertirse en células de músculo cardíaco, en neuronas o en células de la piel. Más importante aún, las ESC de ratón - después de este crecimiento ex vivo- podrían ser re-introducidas en embriones de ratón y en ese ambiente eran capaces de generar cualquier tipo de célula, incluyendo las células germinales (ovocitos o espermios). Muy luego, este hallazgo llevó a la modificación genética de la ESC y su posterior introducción en embriones que al ser re-implantados en hembras pseudo preñadas por tratamiento hormonal, daban origen a animales que llevaban y transmitían la información genética introducida. De esta manera, se pudieron producir los ratones "knock out" que carecían de un gen específico. Esta técnica ha sido tremendamente útil en empezar a resolver una de las grandes preguntas de la era post genómica ¿Qué función cumple cada gen en el funcionamiento del organismo vivo? Las respuestas que ya se han obtenido nos han dado valiosísima información sobre genes que regulan el desarrollo embrionario, sobre algunos genes que intervienen en la capacidad de memoria y sobre muchos genes que están involucrados en el proceso de desarrollo del cáncer.

 

Investigación "frenética"

Sin embargo, el otro aspecto de la ESC de ratón, su capacidad troncal de generar múltiples tipos de células diferenciadas como una herramienta para producir tejidos (páncreas, hígado, corazón, cerebro) en el tubo de ensayo ha sido menos estudiada por ser más compleja, aunque no menos importante.

Esta situación cambió radicalmente en 1998, cuando el Dr. J.A. Thomson en Estados Unidos publicó en la revista Science (Vol. 282 pág 1145) el haber logrado inmortalizar células troncales de embriones humanos. Evidentemente que este resultado hizo que las posibles aplicaciones médicas de las células troncales se tornaran mucho más posibles. Este resultado también renovó la polémica sobre la ética del uso de embriones humanos para la experimentación. Los estudios de este grupo y de varios otros que han seguido sus pasos fueron financiados por empresas privadas dado el hecho de que existe una prohibición del gobierno federal de Estados Unidos para usar fondos gubernamentales en investigaciones que usan embriones humanos.

En los últimos dos años y medio, la experimentación con células troncales se ha tornado frenética y se han generado muchas expectativas de su uso potencial para múltiples enfermedades de gran relevancia. Como parte de este afán se han incrementado mucho los estudios de búsqueda de células troncales en tejidos de adultos. Estas investigaciones han llevado a sorprendentes hallazgos como el hecho que muchos tejidos como el músculo, cerebro e hígado contienen células troncales capaces de generar no solamente células diferenciadas de su propio tejido de origen, sino que también células que son componentes de otros tejidos. El hallazgo de células troncales en tejidos de adultos ofrece una posibilidad de explotar la potencialidad de estas células sin las restricciones éticas de desmembrar embriones humanos para obtenerlas. Revisemos algunos de los logros recientes del uso de las células troncales y sus posibles implicancias terapéuticas.

 

Parkinson y diabetes...

En abril de este año, un grupo liderado por la Dra. Lumeslsky y el Dr. Mc Kay del NIH publicó un trabajo en Science que demostraba que usando ESC de ratón y cultivándolas sucesivamente con 5 diferentes tipos de medio, se lograba que se produjeran grupos de células que imitan al páncreas, pues al igual que en esa glándula, las células internas producen insulina mientras que las células externas producen glucagon y somatostatina. Las implicancias de estos hallazgos para los millones de diabéticos que podrían recibir injertos de este tipo de células y dejar de sufrir la esclavitud de las inyecciones diarias de insulina son enormes.

Millones de ancianos, incluyendo al Papa, sufren la enfermedad de Parkinson. Este terrible mal es causado por la muerte de las neuronas en la región del cerebro que abarca la llamada "substancia nigra". Estas neuronas producen dopamina, uno de los principales neuro transmisores que son esenciales para la función cerebral. Durante los últimos 10 años, en varios laboratorios del mundo, especialmente en Suecia, se ha tratado al mal de Parkinson mediante el trasplante de cerebros de fetos humanos abortados. Resultados obtenidos en la Universidad de Lund indican que estos trasplantes causan mejorías de hasta en un 50% los síntomas de los pacientes. En algunos casos se ha podido establecer que las neuronas del tejido trasplantado siguen vivas después de 10 años de la operación. Obviamente que esta terapia tiene serias críticas éticas y está restringida además por el hecho de que se requieren 6 fetos para generar el tejido necesario para un solo trasplante. Por esta razón, se ha expresado mucha esperanza que células troncales, ya sea embrionarias o adultas, puedan ser dirigidas para generar neuronas de la substancia nigra capaces de producir dopamina. Todavía no se ha conseguido obtener ese resultado. Sin embargo, algunos investigadores han obtenido datos que indican que al poner células troncales en el cerebro, el propio ambiente cerebral causa que esas células den origen tanto a neuronas como a células de la glia que envuelven y protegen a las neuronas. Se argumenta entonces que al introducir células troncales en cerebros con Parkinson, será el mismo cerebro el que controle en qué tipos de células tienen que convertirse las células troncales para reparar el daño sufrido en la substancia nigra.

Como se verá, en el caso del mal de Parkinson, falta mucho trabajo por hacer para poder concretar las promesas de las células troncales. Si esto es así en este caso en que la localización y la función de las neuronas de substancia nigra están relativamente claras, las posibilidades para regenerar sistemas sensorimotores y visuales del cerebro o de la médula espinal se ven todavía más lejanos. A pesar de esto, hay resultados alentadores de experimentos en la introducción de células troncales en ratones que han sufrido un severo daño en la médula espinal. En algunos casos estos animales recuperaron parte de la movilidad perdida.

Un hallazgo muy espectacular se publicó en la revista Cell de mayo del presente año. La Dra. Diane S. Krause y colaboradores, trabajando principalmente en la Universidad de Yale, demostraron que células troncales obtenidas de médula ósea, llamadas células troncales hematopoiéticas (HSC), podían dar origen a células epiteliales de múltiples tejidos. Como las HSC están presentes en pequeñísimas proporciones en la médula ósea (una célula troncal por 100.000 células que no lo son), la Dra. Krause diseñó un método para purificarlas, que consiste en inyectar las células de médula ósea de un ratón macho por vía intravenosa en una hembra y esperar 48 horas. Como las células troncales tienen la propiedad de desplazarse rápidamente de nuevo a la médula ósea y las células inyectadas habían sido marcadas con un colorante, fue posible recuperar las células inyectadas marcadas en la médula ósea de la hembra receptora. Esto resultó ser un método muy eficiente para purificar células troncales hematopoiéticas. Lo más espectacular del trabajo de estos autores se obtuvo cuando ellos inyectaron una de estas células de macho en cada una de 30 ratones hembras que habían sido irradiadas para matar sus propias células hematopoiéticas. Sólo 5 de los animales sobrevivieron 11 meses cuando fueron sacrificadas para examinarlas. Lo extraordinario es que en 4 de los 5 animales entre el 77 y el 97,5% de las células de la médula ósea de esas hembras se habían originado de esa sola célula macho inyectada, pues tenían el cromosoma Y del macho. Además, el análisis de las células epiteliales de pulmón, piel, esófago e intestino demostró que un cierto porcentaje de estas células se habían originado de esa única célula inyectada. Este experimento demuestra con mucha claridad que las HSC de médula ósea son potenciales progenitores de toda la gama hematopoiética y de muchos otros tipos de células epiteliales. Previamente ya se había demostrado que células troncales de médula ósea podían originar neuronas y hepatocitos (células del hígado).

Estos y muchos otros experimentos han desatado un tremendo interés por las aplicaciones de las células troncales. Esta efervescencia ha creado institutos de "medicina regenerativa" y programas y proyectos de "bioingeniería de tejidos" y de "terapia celular". También han aparecido muchas nuevas compañías biotecnológicas centradas en investigar y capitalizar a futuro las promesas terapéuticas de las células troncales. Algunas de ellas son: "Geron" dedicada a problemas de regeneración de tejidos en pacientes envejecidos: "Nexell Terapeutics" dedicada a células troncales hematopoiéticas y Stem Cells Inc. que se dedica a células troncales adultas de tejidos neuronales.

 

Dilema ético

Junto con el interés científico, está el encendido debate sobre la ética del trabajo con embriones humanos. Al igual que con el aborto, hay diferencias entre los que creemos que la vida humana, con toda su dignidad, se inicia en el momento de la concepción y los que sostienen que ésta se iniciará posteriormente en el momento de la implantación. Para estos últimos no hay problema con el uso de embriones humanos tempranos como fuentes de células troncales. Para los primeros, que coinciden con la interpretación de la Iglesia Católica, ese uso estaría éticamente prohibido. Hay, además, otros puntos de discusión dependiendo de las fuentes de los embriones y de lo que se haga con ellos. Por un lado, se plantea el uso de embriones humanos generados por inseminación in vitro con motivos reproductivos de una pareja infértil. Generalmente se preparan exceso de óvulos fecundados a los que serán implantados y estos "excedentes" son descartados por las clínicas, pudiendo ser utilizados en la preparación de la ESC.

Más grave es el caso de compañías que proponen realizar fertilizaciones con el objetivo específico de crear embriones humanos como fuentes de células troncales. También se ha planteado hacer trasplantes de núcleos de células somáticas de un paciente dentro de células troncales embrionarias o dentro de óvulos enucleados. Este experimento que es esencialmente igual al que creó el clon de Dolly serviría para generar células troncales con la misma información genética que la del paciente, evitando el posible rechazo al trasplante de tejidos o células inyectadas en estas personas. Este "cuasi clonamiento" había sido autorizado por el Parlamento del Reino Unido.

La esperanza que surge es que se pueda avanzar luego en el aislamiento de las células troncales de tejidos de adultos y que éstas puedan ser usadas para darles cumplimiento a tantas maravillosas promesas de sanar algunas de las más graves enfermedades y a la vez para sacarnos del dilema ético en que nos encontramos.

En todo caso, los científicos no podemos olvidar nuestra responsabilidad con la sociedad y en este sentido vale la pena citar a J. A. Robertson (South Calif. Law. Rev. 51, pág. 1.278, 1978) cuando dice: "La sociedad, que provee los recursos, que carga con los costos y cosecha los beneficios, tiene un decisivo interés en las consecuencias de la ciencia, y por lo tanto una clara responsabilidad en los caminos y rumbos que toman las investigaciones".

En Chile...

Finalmente, es muy grato informar que en Chile hay grupos que están trabajando activamente en el campo de las células troncales o células progenitoras. Estos grupos, liderados por los doctores José Minguell y J. P. Rodríguez, trabajan en el Departamento de Biología Celular del INTA, Universidad de Chile. Estos investigadores han publicado importantes trabajos sobre células troncales aisladas de médula ósea y también sobre células mesenquimales aisladas del cordón umbilical. Sus trabajos son ampliamente citados internacionalmente y nos permiten tener en el país montadas algunas de las técnicas en esta área de frontera de la biomedicina.-