Célula madre

Ratón Las células madre embrionarias con marcador fluorescente.

Colonia embrionarias humanas en células madre embrionarias de ratón capa alimentadora de fibroblastos.

Las células madre son células que se encuentran en la mayoría, si no todos, multicelulares organismos . Se caracterizan por la capacidad de renovarse a sí mismas a través de mitótico la división celular y diferenciarse en una amplia gama de tipos de células especializadas. La investigación en el campo de las células madre surgió de las conclusiones por canadienses científicos Ernest A. McCulloch y James E. hasta que en la década de 1960. Los dos grandes tipos de células madre de mamíferos son: células madre embrionarias que se encuentran en blastocistos, y células madre adultas que se encuentran en los tejidos adultos. En un desarrollo embrión, las células madre pueden diferenciarse en todos los tejidos embrionarios especializados. En organismos adultos, las células madre y células progenitoras actúan como un sistema de reparación para el cuerpo, la reposición de células especializadas, sino que también mantienen la rotación normal de los órganos regenerativas, tales como la sangre, la piel o los tejidos intestinales.

Como las células madre pueden ser cultivadas y transformadas en células especializadas con características consistentes con las células de diversos tejidos tales como músculos o nervios a través cultivo celular, su uso en Se ha propuesto terapias médicas. En particular, embrionario líneas celulares, células madre embrionarias autólogas generadas a través de Las células madre adultas terapéuticos clonación, y altamente plásticas de la sangre de cordón umbilical o médula ósea se promociona como candidatos prometedores.

Propiedades de las células madre

La definición clásica de una célula madre requiere que posee dos propiedades:

• Auto-renovación - la capacidad de ir a través de numerosas ciclos de la división celular mientras se mantiene el estado indiferenciado.
• Potencia - la capacidad de diferenciarse en tipos de células especializadas. En el sentido más estricto, esto requiere las células madre a ser totipotentes o pluripotentes - sea capaz de dar lugar a cualquier tipo de célula madura, aunque multipotentes o unipotente células progenitoras se refieren a veces como células madre.

Definiciones Potencia

Pluripotentes, las células madre embrionarias se originan como células de la masa interna dentro de un blastocisto. Las células madre pueden convertirse en cualquier tejido en el cuerpo, con exclusión de una placenta. Sólo las células de la mórula son totipotentes, capaces de convertirse en todos los tejidos y una placenta.

La potencia especifica el potencial de diferenciación (el potencial de diferenciarse en diferentes tipos de células) de las células madre.

• Las células madre totipotentes se producen a partir de la fusión de un óvulo y un espermatozoide. Las células producidas por las primeras divisiones del huevo fertilizado también son totipotentes. Estas células pueden diferenciarse en tipos de células embrionarias y extraembrionarias.

• Las células madre pluripotentes son los descendientes de las células totipotentes y pueden diferenciarse en células derivadas de cualquiera de los tres capas germinales.

• Las células madre multipotentes pueden producir sólo las células de una familia estrechamente relacionada de las células (por ejemplo, Las células madre hematopoyéticas se diferencian en células rojas de la sangre, células blancas de la sangre, plaquetas, etc.).

• Unipotentes células pueden producir un solo tipo de células, pero tienen la característica de auto-renovación que las distingue de las células no madre (como las células madre musculares).

La identificación de las células madre

La definición práctica de una célula madre es la definición funcional - la capacidad de regenerar tejidos durante toda la vida. Por ejemplo, la prueba estándar de oro para una célula madre de médula ósea o hematopoyéticas (HSC) es la capacidad de trasplantar una célula y salvar a un individuo sin HSCs. En este caso, una célula madre debe ser capaz de producir nuevas células sanguíneas y células inmunes durante un largo plazo, lo que demuestra la potencia. También debe ser posible aislar células madre de la persona trasplantada, que pueden a su vez ser trasplantados a otra persona sin HSC, demostrando que la célula madre fue capaz de auto-renovación.

Propiedades de las células madre se pueden ilustrar in vitro, utilizando métodos tales como ensayos clonogénicos, donde las células individuales se caracterizan por su capacidad para diferenciarse y auto-renovación. Además, las células madre pueden aislarse sobre la base de un conjunto distintivo de marcadores de superficie celular. Sin embargo, en condiciones de cultivo in vitro pueden alterar el comportamiento de las células, por lo que es claro si las células se comportan de una manera similar en vivo. Existe un debate considerable si algunas poblaciones de células adultas propuestas son realmente las células madre.

Las células madre embrionarias

Líneas de células madre embrionarias (líneas de células ES) son cultivos de células derivados de la tejido del epiblasto masa celular interna (ICM) de un blastocisto o anterior embriones etapa de mórula. Un blastocisto es una etapa temprana embrión aproximadamente de cuatro a cinco días de edad en los seres humanos y que constan de 50-150 células. Las células ES se pluripotentes y dar lugar durante el desarrollo para todos los derivados de los tres primarios capas germinales: ectodermo, endodermo y mesodermo. En otras palabras, se pueden desarrollar en cada uno de los tipos de células más de 200 del adulto cuerpo cuando se administra la estimulación suficiente y necesario para un tipo celular específico. No contribuyen a las membranas extra-embrionarias o la placenta.

Casi toda la investigación hasta la fecha ha tenido lugar la utilización de células madre embrionarias (MES) o células madre embrionarias humanas (HES) ratón. Ambos tienen las características esenciales de células madre, sin embargo, requieren ambientes muy diferentes a fin de mantener un estado no diferenciado. Células ES de ratón se cultivan en una capa de gelatina y requieren la presencia de Factor Inhibidor de Leucemia (LIF). Las células madre embrionarias humanas se cultivan en una capa de alimentación de embriones de ratón fibroblastos (MEFs) y requieren la presencia de factor básico de crecimiento fibroblástico (bFGF o FGF-2). Sin condiciones óptimas de cultivo o la manipulación genética, las células madre embrionarias se diferencian rápidamente.

Una célula madre embrionaria humana también se define por la presencia de varios factores de transcripción y proteínas de la superficie celular. Los factores de transcripción Oct-4, Nanog, y SOX2 formar la red de regulación central que asegura la supresión de genes que conducen a la diferenciación y el mantenimiento de la pluripotencia. Los antígenos de superficie celular más comúnmente utilizados para identificar células hES son los SSEA3 glicolípidos y SSEA4 y los antígenos de sulfato keratan Tra-1-60 y TRA-1-81. La definición molecular de una célula madre incluye muchas más proteínas y sigue siendo un tema de investigación.

Después de casi diez años de investigación, no hay tratamientos aprobados o ensayos en humanos con células madre embrionarias. Células ES, siendo las células totipotentes, requieren señales específicas para la diferenciación correcta - si se inyecta directamente en otro cuerpo, las células ES se diferenciarse en muchos tipos diferentes de células, causando una teratoma. La diferenciación de células madre embrionarias en células utilizables, evitando el rechazo del trasplante son sólo algunos de los obstáculos que aún enfrentan los investigadores de células madre embrionarias. Muchas naciones tienen actualmente moratorias a cada investigación con células ES o la producción de nuevas líneas de células madre embrionarias. Debido a sus habilidades combinadas de expansión ilimitada y pluripotencia, las células madre embrionarias siguen siendo una fuente teóricamente potencial para la medicina regenerativa y la sustitución de tejidos después de una lesión o enfermedad.

Las células madre adultas

Stem la división celular y la diferenciación A - célula madre.; B - células progenitoras; C - célula diferenciada; 1 - división de células madre simétrica; 2 - división de células madre asimétrica; 3 - división progenitor; 4 - diferenciación terminal

La célula madre adulta término se refiere a cualquier célula que se encuentra en un organismo desarrollado que tiene dos propiedades: la capacidad de dividirse y crear otra célula igual a sí mismo y también dividir y crear una célula más diferenciada que ella misma. También conocido como somática (del griego Σωματικóς, "del cuerpo") y las células de la línea germinal (dando lugar a gametos) células madre madre, que se puede encontrar en los niños, así como adultos.

Células madre adultas pluripotentes son raros y generalmente pequeña en número pero se pueden encontrar en una serie de tejidos, incluyendo la sangre del cordón umbilical. Una gran parte de la investigación con células madre adultas ha centrado en aclarar su capacidad para dividir o auto-renovarse indefinidamente y su potencial de diferenciación. En los ratones, las células madre pluripotentes se generan directamente de cultivos de fibroblastos adultos.

La mayoría de las células madre adultas son linaje restringida ( multipotentes) y se conoce generalmente por su origen tisular ( de células madre mesenquimales, células madre derivadas de tejido adiposo, células madre endoteliales, etc.).

Tratamientos con células madre adultas se han utilizado con éxito durante muchos años para tratar la leucemia y el cáncer de hueso / de sangre relacionados a través de trasplantes de médula ósea. Las células madre adultas también se utilizan en la medicina veterinaria para el tratamiento de lesiones de tendones y ligamentos en caballos. El uso de células madre adultas en la investigación y la terapia no es tan controversial como Las células madre embrionarias, porque la producción de células madre adultas no requiere la destrucción de un embrión. Además, debido a que en algunos casos las células madre adultas pueden obtener del receptor pretendido, (una autoinjerto) el riesgo de rechazo es esencialmente inexistente en estas situaciones. En consecuencia, se está prestando más de US financiación gubernamental para la investigación con células madre adultas.

Linaje

Para asegurar la auto-renovación, las células madre se someten a dos tipos de división celular (ver Stem la división celular y el diagrama de diferenciación). División simétrica da lugar a dos células hijas idénticas tanto dotados con propiedades de células madre. División asimétrica, por otro lado, produce sólo una célula madre y una células progenitoras con limitado potencial de auto-renovación. Progenitores pueden ir a través de varias rondas de división celular antes de terminales diferenciarse en una célula madura. Es posible que la distinción entre molecular simétrica y divisiones asimétricas se encuentra en la segregación diferencial de proteínas de la membrana celular (tales como receptores) entre las células hijas.

Una teoría alternativa es que las células madre permanecen indiferenciadas debido a las señales ambientales en su nicho particular. Las células madre se diferencian cuando salen de ese nicho o ya no reciben esas señales. Los estudios realizados en Drosophila germarium han identificado las señales dpp y adherins uniones que impiden células madre germarium de diferenciación.

Las señales que conducen a la reprogramación de las células a un estado embrionario como también están siendo investigados. Estas vías de señalización incluyen varios factores de transcripción, incluyendo el oncogén c-Myc. Los estudios iniciales indican que la transformación de las células de ratones con una combinación de estas señales anti-diferenciación puede revertir la diferenciación y pueden permitir que las células se conviertan en adultos pluripotentes. Sin embargo, la necesidad de transformar estas células con un oncogén puede evitar el uso de este enfoque en terapia.

Tratamientos

Los investigadores médicos creen que la terapia de células madre tiene el potencial de cambiar drásticamente el tratamiento de la enfermedad humana. Una serie de terapias con células madre adultas ya existen, sobre todo trasplantes de médula ósea que se utilizan para tratar leucemia. En el futuro, los investigadores médicos anticipan ser capaz de usar tecnologías derivadas de la investigación de células madre para tratar una variedad más amplia de enfermedades incluyendo el cáncer , Enfermedad de Parkinson, lesiones de la médula espinal, Esclerosis lateral amiotrófica y daño muscular, entre un número de otros impedimentos y condiciones. Sin embargo, todavía existe una gran incertidumbre social y científica en torno a la investigación de células madre, lo que podría ser superada mediante el debate público y la investigación futura, y la educación del público.

Las células madre, sin embargo, ya se utilizan ampliamente en la investigación, y algunos científicos no ven la terapia celular como el primer objetivo de la investigación, pero ver la investigación de las células madre como un objetivo valioso en sí mismo.

La controversia que rodea la investigación con células madre de embriones humanos

Existe una gran controversia sobre la investigación con células madre de embriones humanos que emana de las técnicas utilizadas en la creación y el uso de las células madre. La investigación con células madre de embriones humanos es controversial debido a que, con el estado actual de la tecnología, a partir de un línea de células madre requiere la destrucción de una embrión humano y / o la clonación terapéutica. Sin embargo, recientemente, se ha demostrado, en principio, que las líneas de células madre adultas pueden ser manipulados para generar líneas de células madre embrionarias como el uso de una biopsia de una sola célula similar a la utilizada en El diagnóstico genético preimplantacional que pueden permitir la creación de células madre sin destruir embriones. No es todo el campo de la investigación con células madre, pero el campo específico de la investigación con células madre de embriones humanos que está en el centro de un debate ético.

Los opositores de la investigación sostienen que las tecnologías de células madre embrionarias son un pendiente resbaladiza hacia la la clonación reproductiva y puede devaluar fundamentalmente la vida humana. Aquellos en el movimiento pro-vida argumentan que un embrión humano es una vida humana y por lo tanto tiene derecho a la protección.

Por el contrario, los partidarios de la investigación con células madre embrionarias argumentan que este tipo de investigación debe ser perseguido porque los tratamientos resultantes podrían tener potencial médico significativo. También se observa que el exceso de embriones creados para la fertilización in vitro podría ser donados con el consentimiento y se utiliza para la investigación.

El debate que siguió ha llevado a las autoridades de todo el mundo para buscar los marcos regulatorios y destacó el hecho de que la investigación con células madre representa un social y ético desafío.

Eventos de investigación de células madre clave

• 1960 - Joseph Altman y Gopal Das presentan evidencia científica de adultos neurogénesis, la actividad de células madre en curso en el cerebro; sus informes contradicen Cajal de "no hay nuevas neuronas" dogma y se ignoran en gran medida.
• 1963 - McCulloch y Hasta ilustrar la presencia de células auto-renovación en médula ósea de ratón.
• 1968 - Médula ósea trasplante entre dos hermanos trata con éxito SCID.
• 1978 - Las células madre hematopoyéticas se descubren en humanos sangre de cordón.
• 1981 - Ratón las células madre embrionarias se derivan de la masa celular interna de los científicos Martin Evans, Matthew Kaufman, y Gail R. Martin. Gail Martin se atribuye haber acuñado el término "células madre embrionarias".
• 1992 - Las células madre neurales se cultivan in vitro como neuroesferas.
• 1997 - Leucemia se muestra que proceden de una célula madre hematopoyética, la primera evidencia directa de Las células madre del cáncer.
• 1998 - James Thomson y compañeros de trabajo se derivan de la primera embrionario humano frenar línea celular en el Universidad de Wisconsin-Madison.
• 2000s - Varios informes de adulto plasticidad de células madre se publican.
• 2001 - Los científicos de Advanced clon primera temprana (de cuatro a seis celdas etapa) embriones humanos con el propósito de generar células madre embrionarias Cell Technology.
• 2003 - Dr. Songtao Shi de NIH descubre nueva fuente de células madre adultas en dientes primarios de los niños.
• 2004-2005 - investigador coreano Hwang Woo-Suk afirma haber creado varios humana líneas de células madre embrionarias de humanos no fecundados ovocitos. Las líneas se muestran más adelante ser fabricada.
• 2005 - Investigadores de Universidad de Kingston en Inglaterra afirman haber descubierto una tercera categoría de células madre, llamado células madre embrionarias como derivados de la sangre del cordón (CBE), derivado de la sangre del cordón umbilical. El grupo afirma que estas células son capaces de diferenciarse en más tipos de tejido que las células madre adultas.
• Agosto de 2006 - Rata Las células madre pluripotentes inducidas: la revista Cell publica Kazutoshi Takahashi y Shinya Yamanaka, "La inducción de células madre pluripotentes a partir de embriones de ratón y de Adultos de fibroblastos culturas por factores definidos".
• Octubre de 2006 - Los científicos en Inglaterra crean las primeras células del hígado nunca artificiales con células madre de sangre de cordón umbilical.
• Enero de 2007 - Los científicos de Wake Forest University dirigido por el Dr. Anthony Atala y Universidad de Harvard informe descubrimiento de un nuevo tipo de célula madre en líquido amniótico. Esto puede proporcionar potencialmente una alternativa a las células madre embrionarias para uso en la investigación y la terapia.
• Junio de 2007 - Las investigaciones realizadas por tres grupos diferentes muestra que las células normales de la piel pueden ser reprogramadas a un estado embrionario en ratones. En el mismo mes, científico Shoukhrat Mitalipov informa la primera creación exitosa de una línea de células madre a través de los primates la transferencia nuclear de células somáticas
• Octubre de 2007 - Mario Capecchi, Martin Evans, y Oliver Smithies ganar el 2007 Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su trabajo sobre las células madre embrionarias de ratones utilizando la orientación de genes estrategias que producen ratones modificados genéticamente (conocido como ratones knockout) para la investigación genética.
• Noviembre de 2007 - Humano Las células madre pluripotentes inducidas: Dos papeles similares publicados por sus respectivos diarios antes de su publicación oficial en: Cell por Kazutoshi Takahashi y Shinya Yamanaka, "La inducción de pluripotentes células madre de adulto fibroblastos humanos por factores definidos", y en Science por Junying Yu, et al., Del grupo de investigación de James Thomson, "líneas de células madre pluripotentes inducidas derivadas de células somáticas humanas": las células madre pluripotentes generados a partir de fibroblastos humanos maduros. Ahora es posible para producir una célula madre de casi cualquier otra célula humana en lugar de utilizar embriones previamente según sea necesario, aunque el riesgo de debido a la tumorigénesis c-myc y la transferencia génica retroviral queda por determinar.
• Enero de 2008 - las líneas de células madre embrionarias humanas se generaron sin destrucción del embrión
• Enero de 2008 - Desarrollo de los blastocistos clonados humanos siguiente la transferencia nuclear de células somáticas con fibroblastos adultos
• Febrero de 2008 - Generación de células madre pluripotentes de ratón adulto hígado y el estómago: estas células iPS parecen ser más similares a las células madre embrionarias que las células iPS desarrollados anteriores y no tumorigénico, sin olvidar a los genes que son necesarios para que las células iPS no necesita ser insertado en sitios específicos, lo que favorece el desarrollo de técnicas de reprogramación no virales.

Tallo financiación celular y debate político en los EE.UU.

• 1993 - De acuerdo con los Institutos Nacionales de Ley para la Revitalización de la Salud, el Congreso y el presidente de Bill Clinton dan la autoridad directa del NIH para financiar la investigación con embriones humanos por primera vez.
• 1995 - El Congreso de Estados Unidos promulga como ley una ley de asignaciones unido a que es el Dickey enmienda que prohibía apropió de los fondos federales que se utilizará para la investigación en embriones humanos se crea o destruye. Esta es anterior a la creación de las primeras líneas de células madre embrionarias humanas.
• 1999 - Después de la creación de las primeras líneas de células madre embrionarias humanas en 1998 por James Thomson, de la Universidad de Wisconsin, Harriet Rabb, el principal abogado en el Departamento de Salud y Servicios Humanos, libera una opinión legal que determinará el curso de Clinton política de la Administración. Los fondos federales, obviamente, no podían utilizarse para derivar líneas de células madre (porque derivación consiste en la destrucción de embriones). Sin embargo, concluye que debido a que las células madre de embriones humanos "no son un embrión humano dentro de la definición legal," la enmienda Dickey-Wicker no se aplica a ellos. El NIH era, por tanto, libre de dar fondos federales para experimentos con las propias células. Presidente Clinton respalda firmemente las nuevas directrices, y señaló que la investigación con células madre de embriones humanos prometió "beneficios potencialmente asombrosas." Y con las directrices vigentes, el NIH empieza a aceptar las propuestas de subvención de los científicos.
• 02 de noviembre 2004 - California votantes aprueban Proposición 71, que provee $ 3 mil millones en fondos estatales durante diez años a la investigación con células madre de embriones humanos.
• 2001-2006 - EE.UU. El presidente George W. Bush firma una orden ejecutiva que limita la investigación con células madre financiada por el gobierno federal sobre las células madre embrionarias a las líneas celulares ya derivados. Él apoya la financiación federal para la investigación con células madre embrionarias en las líneas ya existentes de aproximadamente $ 100 millones y $ 250 millones para la investigación sobre las células madre adultas y animales.
• 05 de mayo 2006 - El Senador Rick Santorum presenta proyecto de ley número S. 2754, o el Pluripotentes Alternativa Células Madre Ley de Mejora de terapias, en el Senado de Estados Unidos .
• 18 de julio 2006 - El Senado de Estados Unidos aprueba la célula de vástago de Mejoramiento de la Investigación Ley HR 810 y vota contra del senador Santorum S. 2754.
• 19 de julio 2006 - El presidente George W. Bush veta HR 810 ( Stem Cell Research Enhancement Act), un proyecto de ley que habría invertido la enmienda créditos Gingrich-era lo que hacía ilegal que el dinero federal que se utilizará para la investigación en células madre se derivan de la destrucción de un embrión.
• 07 de noviembre 2006 - La gente del estado de Missouri pasado Enmienda 2, que permite el uso de cualquier investigación con células madre y la terapia permitido bajo la ley federal, pero prohíbe la clonación reproductiva humana.
• 16 de febrero 2007 - El Instituto de Medicina Regenerativa de California se convirtió en el mayor financiador de la investigación con células madre de embriones humanos en los Estados Unidos cuando se otorgaron casi $ 45 millones en becas de investigación.