Células madre pluripotentes: ¿Qué las hace especiales?

Las células madre pluripotentes pueden transformarse en cualquier célula del cuerpo. Estas células aparecen en las primeras etapas de la formación del embrión. Aún no están especializadas. Esto les permite producir todo tipo de células humanas, como neuronas, glóbulos rojos y células musculares. Los científicos consideran importantes las células madre pluripotentes, ya que pueden replicarse indefinidamente. Esto abre un gran abanico de oportunidades para la investigación y la medicina. Las células madre pluripotentes inducidas fueron un gran descubrimiento. Contribuyen al modelado de enfermedades, las pruebas de fármacos y los nuevos tratamientos. Esto demuestra su gran potencial para las personas.

Células madre pluripotentes

Definición

Células madre pluripotentes Se encuentran en las primeras etapas del embrión. Provienen de la masa celular interna de un blastocisto, que es un embrión muy joven. Estas células aún no se han transformado en ningún tipo específico. Pueden transformarse en casi cualquier célula del cuerpo, como células nerviosas, musculares o hepáticas. Los NIH las consideran pluripotentes. células madre Puede producir todos los tipos de células del cuerpo adulto. Esto incluye células de las tres capas germinales principales: ectodermo, mesodermo y endodermo. Estas capas ayudan a formar todos los tejidos y órganos. Las células madre pluripotentes también pueden producir células germinales, necesarias para la reproducción. Los científicos las llaman "células madre verdaderas" por su gran capacidad.

Características únicas

Pluripotentes célula madreLas células tienen características especiales que las diferencian de otras células. En primer lugar, pueden autorrenovarse. Esto significa que pueden copiarse a sí mismas durante mucho tiempo sin cambiar. En segundo lugar, pueden... pasar por la diferenciaciónEsto les permite transformarse en cualquier célula de las tres capas germinales. Estas capacidades las hacen muy útiles para la investigación y la medicina.

Sus características especiales provienen de ciertas moléculas dentro de las células. Estas incluyen factores de transcripción como Oct4, Sox2 y Nanog. Estas moléculas ayudan a las células a permanecer como células madre y controlan cuándo se transforman en otros tipos. Los científicos utilizan pruebas para determinar si una célula es realmente pluripotente. Buscan marcadores especiales en la superficie celular. También comprueban si las células pueden formar las tres capas germinales en el laboratorio. En ocasiones, verifican si las células pueden formar teratomas, que son crecimientos con muchos tipos de tejido, al ser implantadas en ratones. Estas pruebas ayudan a demostrar las características especiales de las células madre pluripotentes.

Características clave

Auto-renovación

Las células madre pluripotentes pueden hacer copias de sí mismas. Se dividen muchas veces y permanecen inalteradas. Estas células conservan sus características especiales después de dividirse. Muchos factores les ayudan a mantener esta capacidad. Las señales externas a la célula, los factores de transcripción y los reguladores del ciclo celular son importantes. Los microARN y los genes que protegen los cromosomas también ayudan. La metilación del ADN controla qué genes están activados o desactivados. El equilibrio adecuado de señales es necesario para la supervivencia y el crecimiento. Myc es un factor de transcripción clave. La histona H3.3 es un regulador epigenético. Ambos ayudan a controlar la actividad genética. Myc ayuda a mantener el funcionamiento de las células madre y a producir células madre pluripotentes inducidas. Pero si Myc no se controla, puede causar tumores. Los científicos siguen estudiando estos factores para... tratamientos con células madre más seguro.

Diferenciación

La diferenciación implica que las células madre pluripotentes se convierten en células especiales. Pueden convertirse en cualquier célula de las tres capas germinales. Esto las hace muy útiles para la ciencia y la medicina. Los científicos han demostrado que las células madre embrionarias humanas pueden formar las tres capas germinales. Por ejemplo, algunos estudios utilizan la expresión genómica completa y ChIP-seq. Estos estudios muestran cómo factores de transcripción como NANOG, OCT4 y SOX2 guían la diferenciación. Estos factores controlan genes como EOMES. EOMES inicia el proceso de las células endodérmicas. EOMES trabaja con SMAD2/3 para activar la red de células endodérmicas.

Los laboratorios utilizan diferentes pasos para guiar la diferenciación. Comienzan con células madre pluripotentes de buena calidad. Recubren las placas, rompen las colonias celulares y utilizan medios especiales con inhibidores. Los científicos observan las células antes y después de que comiencen a cambiar. La diferenciación dirigida utiliza citocinas, medios y matrices para crear ciertos tipos de células. Los pasos de purificación, como la clasificación por marcadores de superficie, ayudan a obtener células puras. Algunos pasos son fáciles y funcionan bien para las células neuronales. Otros, como para... células del corazón o del hígadoSon más difíciles y requieren más trabajo. Los expertos colaboran para mejorar estos métodos. Aprender cómo funciona la diferenciación sigue siendo fundamental en la investigación con células madre.

Factores de transcripción

Los factores de transcripción son proteínas que activan o desactivan genes. En las células madre pluripotentes, algunos factores de transcripción son necesarios para mantener sus características. Oct4, Sox2, c-Myc y Klf4 pueden cambiar el estado epigenético de la célula. Intercambian marcas de histonas represivas por activas. Esto hace que la célula sea pluripotente. Enzimas como las histonas desmetilasas y las metiltransferasas ayudan con estos cambios. Los análisis de interferencia de ARN encontraron que Esrrb y Tbx3 son necesarios para la autorrenovación. Si estos se bloquean, las células comienzan a cambiar. Nanog puede detener esto y mantener las células indiferenciadas. Otros factores importantes son Nac1 y Zfp281. Trabajan con Nanog para ayudar a la autorrenovación.

Estos factores de transcripción trabajan en red. Controlan qué genes están activos. Mantienen las células indiferenciadas. También ayudan a convertir células normales en células madre pluripotentes inducidas. Su trabajo en equipo mantiene estables las características de las células madre.

Nota: Los científicos utilizan diversos métodos para comprobar si una célula es pluripotente. Observan su forma y estructura al microscopio. Utilizan inmunofenotipado y citometría de flujo para encontrar marcadores como NANOG, OCT4, SSEA3/4 y TRA-1-60/81. Las pruebas genéticas, como la qRT-PCR, detectan genes importantes. Las pruebas genéticas buscan cromosomas estables. Las pruebas funcionales, como la formación de cuerpos embrionarios y la diferenciación dirigida, muestran si las células pueden transformarse en diferentes tipos. La citometría de flujo es un método eficaz para encontrar marcadores de pluripotencia. El uso de todas estas pruebas proporciona una visión completa de la calidad y la seguridad de las células madre.

Comparación con otras células madre

Totipotente

Las células madre totipotentes encabezan la familia de las células madre. Estas células aparecen justo después de la unión del óvulo y el espermatozoide. Se encuentran en el cigoto y en los blastómeros tempranos. Las células totipotentes pueden generar todas las células del cuerpo. También producen tejidos adicionales como la placenta y el saco vitelino. Esto las diferencia de otras células madre. Tanto las células totipotentes como las pluripotentes utilizan factores de transcripción importantes, como Oct4, Sox2 y Nanog. Sin embargo, las células totipotentes tienen marcadores especiales como Zscan4 y Eomes. Su cromatina es más abierta, lo que significa que su ADN es más fácil de usar para los genes.

Cuando las células totipotentes se transforman en pluripotentes, sus genes también cambian. Algunos genes se desactivan y otros se activan durante este cambio.

Multipotente

Multipotente Las células madre pueden Solo se convierten en unos pocos tipos de células. No tienen tantas opciones como las células pluripotentes o totipotentes. Las células madre multipotentes se encuentran en adultos. Las células madre hematopoyéticas y las células madre neurales son dos ejemplos principales. Las células madre hematopoyéticas producen todas las células sanguíneas. Las células madre neurales producen las células principales del cerebro y los nervios. Las células madre multipotentes ayudan a reparar y mantener los tejidos sanos.

Las células madre multipotentes son las más comunes en adultos. Los científicos utilizan células madre hematopoyéticas para tratar problemas sanguíneos. Las células madre neurales ayudan a reparar el sistema nervioso. Estas células madre adultas mantienen el buen funcionamiento de los tejidos a medida que envejecemos.

Unipotente

Las células madre unipotentes solo pueden producir un tipo de célula. Por ejemplo, podrían producir únicamente células cutáneas o musculares. Estas células viven en los tejidos adultos. Ayudan a reemplazar las células viejas o dañadas. Las células madre unipotentes no pueden transformarse en otros tipos de células. Sin embargo, siguen siendo importantes para mantener los tejidos sanos. Las células madre pluripotentes pueden transformarse en cualquier célula del cuerpo. Las células madre unipotentes muestran cómo el cuerpo utiliza diferentes células madre para distintas funciones. A medida que las células pasan de totipotentes a pluripotentes, luego a multipotentes y unipotentes, pierden algunas capacidades. Las células madre adultas, al igual que las multipotentes y unipotentes, ayudan a los tejidos produciendo nuevas células cuando es necesario.

Nota: Los científicos estudian todos estos tipos de células madre para comprender cómo crece y se regenera el cuerpo. Cada tipo cumple una función específica en el organismo y en la medicina. Conocer las diferencias ayuda a los investigadores a elegir la célula madre más adecuada para cada tratamiento.

Tipos de células madre pluripotentes

Células madre embrionarias

Células madre embrionarias Provienen del interior de los blastocistos. Los científicos descubrieron estas células por primera vez en embriones de ratón en 1981. En 1998, crearon las primeras líneas de células madre embrionarias humanas. Estas células pueden transformarse en casi cualquier célula del cuerpo. Son el mejor ejemplo de pluripotencia.

Los investigadores utilizan diferentes métodos para obtener células madre embrionarias:

• La disección mecánica utiliza herramientas para extraer la masa celular interna. Este método no utiliza productos animales, pero requiere más tiempo.
• La disección láser utiliza un láser para cortar la masa celular interna. Es muy precisa, pero costosa.
• La inmunocirugía utiliza anticuerpos y suero animal para eliminar las células sobrantes. Este método no es beneficioso para las clínicas porque utiliza productos animales.

Tras obtener las células, los científicos las cultivan en capas de alimentación o superficies especiales. Esto evita que se alteren. Existen normas estrictas para el uso de estas células. Los donantes deben dar su consentimiento y los comités de ética deben revisar la investigación. Las leyes no permiten la venta de óvulos ni embriones humanos para investigación. Algunos estados permiten realizar esta investigación, pero otros no. Los comités se aseguran de que se cumplan todas las normas.

La gente discute sobre las células madre embrionarias debido al estado embrionario y la necesidad de otras opciones. Algunos se preocupan por crear embriones solo para la investigación. Otros creen que la investigación beneficia a la medicina.

Células madre pluripotentes inducidas

Células madre pluripotentes inducidas Se crean modificando células adultas. Los científicos utilizan proteínas especiales como Oct4, Sox2, c-Myc y Klf4 para lograrlo. Utilizan diferentes métodos, como virus, administración de proteínas o sustancias químicas. Por ejemplo, añadir la proteína Lin28-30Kc19 a las células de la piel produce 1,5 veces más colonias pluripotentes en una semana. Esto optimiza el proceso.

Las células madre pluripotentes inducidas pueden ser útiles en la medicina personal. Los médicos pueden usar las propias células de una persona para crear nuevos tejidos. Sin embargo, estas células pueden presentar más problemas genéticos que las células madre embrionarias. Podrían conservar algunas características de la célula adulta original. Los científicos están trabajando para que las células madre pluripotentes inducidas sean más seguras y eficaces para los pacientes.

Células germinales embrionarias

Las células germinales embrionarias provienen de células germinales primordiales. Estas células aparecen tempranamente y posteriormente se convierten en espermatozoides u óvulos. Las células germinales embrionarias se parecen mucho a las células madre embrionarias porque son pluripotentes. Sin embargo, presentan patrones epigenéticos especiales debido a su origen. Las células germinales borran muchas marcas de ADN, lo que altera su potencial de desarrollo.

Tanto las células germinales embrionarias como las células madre embrionarias pueden transformarse en muchos tipos de células. Los científicos estudian estas células para comprender el crecimiento del cuerpo y las enfermedades. Las células germinales también son importantes porque transmiten genes a la siguiente generación.

Aplicaciones

Investigación

Las células madre pluripotentes se utilizan ampliamente en la investigación. Los científicos las utilizan para estudiar enfermedades y cómo se originan. Las iPSC pueden transformarse en muchos tipos de células para estos estudios. Esto ayuda a crear modelos que muestran lo que sucede en enfermedades reales. Estos modelos permiten a los científicos probar nuevos medicamentos. Los investigadores pueden observar enfermedades genéticas, como los problemas cardíacos con los que nacen las personas. Las iPSC tienen los mismos genes que el paciente. Esto ayuda a los científicos a comprender cómo funcionan las enfermedades. Los modelos animales no siempre se comportan como los humanos. Las iPSC ayudan a solucionar este problema. Pueden crecer en grandes cantidades, por lo que las pruebas son más fáciles. Mediante cultivos 3D y proteínas especiales, los científicos pueden lograr que las células actúen como tejidos reales. Estos usos ayudan con la medicina personal y la terapia génica. Las células madre pluripotentes son prometedoras para nuevos tratamientos.

• Las iPSC ayudan a modelar enfermedades como arritmias y otros problemas hereditarios.
• Permitieron a los científicos probar medicamentos en células que actúan como las humanas.
• Las iPSC se utilizan para ver cómo reaccionan las células a diferentes tratamientos.

Medicamento

Las células madre pluripotentes son importantes En medicina regenerativa. Pueden transformarse en cualquier tipo de célula del cuerpo. Esto ayuda a reparar o reemplazar tejidos dañados. Los médicos las utilizan para ayudar al corazón, los ojos y los nervios. Las iPSC provienen del paciente, por lo que el cuerpo no las rechaza. Nuevos métodos, como la reprogramación no viral, hacen que estas células sean más seguras. Las herramientas de bioingeniería ayudan a cultivar tejidos para trasplantes. La bioimpresión y los biomateriales permiten crear tejidos y organoides 3D. Estos nuevos métodos ayudan a reparar tejidos para muchos problemas de salud.

Las células madre pluripotentes podrían ser de gran ayuda en el campo de la medicina. Pueden reparar tejidos mejor que las células madre adultas. Estos usos demuestran la utilidad de la terapia con células madre.

Riesgos

Las células madre pluripotentes también presentan ciertos riesgos. Un riesgo importante es la formación de teratomas. Si algunas células no se modifican, pueden generar tumores después del trasplante. Incluso 10,000 células indiferenciadas pueden causar tumores en el músculo. Un mayor número de células implica tumores más grandes. Pruebas sensibles pueden detectar estas células antes de su uso. Los científicos emplean diversas estrategias para reducir estos riesgos:

• Los sistemas de transferencia de genes no integradores ayudan a evitar cambios genéticos dañinos.
• La reprogramación química hace que el proceso sea más seguro.
• Para los trasplantes se utilizan únicamente células seguras y totalmente modificadas.
• Los genes suicidas pueden destruir células tumorales si es necesario.
• Los medicamentos especiales pueden eliminar las células indiferenciadas.
• El tratamiento previo con productos químicos puede reducir el riesgo de cáncer.
• Las pruebas en animales comprueban si hay tumores antes de usarlo en personas.

Estos pasos contribuyen a que los tratamientos con células madre sean más seguros. También contribuyen a una mejor reparación y regeneración de tejidos.

Las células madre pluripotentes son muy especiales para la ciencia y la medicina. Pueden transformarse en casi cualquier célula del cuerpo. Esto significa que son útiles para estudiar enfermedades, probar nuevos fármacos y reparar tejidos dañados. Cuando Shinya Yamanaka descubrió las iPSC, la investigación cambió radicalmente. Los científicos comenzaron a buscar maneras de usar estas células para cada paciente. También esperan desarrollar nuevos órganos con ellas. Los estudios ahora se centran en reparar el corazón, el hígado y el cerebro. Algunos... Los ensayos clínicos se ven bien Para enfermedades como el párkinson. Cada vez más empresas en todo el mundo trabajan con estas células. El mercado crece rápidamente porque se ven muchos usos nuevos y grandes oportunidades para nuevos descubrimientos.

Los científicos creen que, si la investigación continúa, las células madre pluripotentes ayudarán a sanar y reparar el cuerpo de nuevas maneras. Esto brinda esperanza a personas con diversas enfermedades.

Preguntas frecuentes

¿Pueden las células madre pluripotentes curar enfermedades?

Los científicos utilizan células madre pluripotentes para comprender mejor las enfermedades. También las utilizan para probar nuevos tratamientos. Estas células podrían ayudar a reparar tejidos en el futuro. Algunos estudios preliminares parecen prometedores, pero se necesita más investigación antes de que la mayoría de los tratamientos estén listos.

¿Existen riesgos al utilizar células madre pluripotentes?

Sí, existen riesgos. Las células madre pluripotentes pueden generar tumores llamados teratomas si no se transforman completamente. Los científicos utilizan pruebas especiales y medidas de seguridad para reducir este riesgo antes de administrar las células a las personas.

¿Cómo comprueban los científicos si una célula es pluripotente?

Los científicos buscan marcadores especiales en el exterior de la célula. También comprueban si las células pueden producir las tres capas germinales en el laboratorio. En ocasiones, utilizan animales para comprobar si las células pueden producir diversos tipos de tejido.

¿De dónde provienen las células madre pluripotentes?