Presentación Células madre, pasado y futuro.Clase impartida en el Master de Bioética

1
CÉLULAS MADRE
PASADO Y FUTURO
JUSTO AZNAR
DIRECTOR DEL INSTITUTO
DE CIENCIAS DE LA VIDA
ABRIL 2008

2
CÉLULAS MADRE
PASADO Y
FUTURO

3
CÉLULAS MADRE. PASADO Y FUTURO
PASADO FUTURO
Cultivan por primera
vez células madre
embrionarias
humanas
Obtienen células similares a las
embrionarias por reprogramación
de células adultas. Nacen las
células iPS
Shinya Yamanaka
2006
James Thomson
1998 2007
Obtienen
células iPS
humanas

4
¿QUE SON LAS CÉLULAS MADRE?
Las células madre, también denominadas
células troncales, estaminales o en inglés
células stem, “son células que tienen la
capacidad, no solamente de poder cultivarse
y reproducirse a si mismas, sino también de
poder producir células adultas de diferente
progenie, es decir de diferentes tejidos”
I.L. Weissman. New England Journal of Medicine 346; 1576-1583, 2002

5
TIPOS DE CÉLULAS MADRE
Pueden ser:
Totipotentes
Pluripotentes
Multipotentes
Unipotentes
Pueden
dar
lugar a
Capaces de formar células
de todos los linajes del
organismo. En los mamíferos
solamente lo son el cigoto
y los primeros blastómeros
Capaces de formar células
de todos los linajes del cuerpo,
son las denominadas
células madre embrionarias.
Son las células madre
adultas capaces de
formar distintos tipos
de células de un mismo
linaje, como las células
madre hematopoyéticas
Son células madre adultas
que producen células de
un solo linaje, como las células
madre germinales, entre ellas
las espermatogonias que
generan el esperma
Células
Porsupotencialidad
Células madre embrionarias
Células madre de tejidos adultos
Por su
origen
Textos de: R. Jaenisch y R. Young. Cell 132; 567-582, 2008

6
CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS
Las células madre embrionarias
son células derivadas de los
embriones, no las células
constituyentes de los
embriones
S. Holm. Journal of Medical Ethics 34; 63-64, 2008

7
//
cigoto
embriones de:
2 células 3 células 4 células
ser humano adulto
blastocisto
DESARROLLO EMBRIONARIO

8
DESARROLLO EMBRIONARIO
J. Rossant
Cell 132, 527-531, 2008
CONSTITUCIÓN DE LA MASA CELULAR INTERNA

9
De embriones:
• Sobrantes de fecundación in
vitro
• Obtenidos por transferencia
nuclear somática (clonación)
• Generados por partenogénesis
a partir de ovocitos animales o
humanos
¿DE DÓNDE SE OBTIENEN LAS
CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS?

10
¿QUÉ NÚMERO DE EMBRIONES CONGELADOS
HAY ACTUALMENTE?
Aproximadamente:
1. En España .................... 200.000
2. En Estados Unidos ...... 400.000
3. En todo el mundo .......1.500.000
OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE
EMRIONARIAS DE SOBRANTES DE
FECUNDACIÓN IN VITRO

11
OBTENCIÓN DE
CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS A
PARTIR DE
BLASTOCISTOS
GENERADOS POR
TRANSFERENCIA
NUCLEAR SOMÁTICA

12
TRANSFERENCIA NUCLEAR SOMÁTICA
Ovocito Célula adulta
Enucleación Enucleación
ACTIVACIÓN
TRANSFERENCIA NUCLEAR
Cigoto híbrido
Embrión de dos células
Masa granulosa interna
Resto embrionario
Células madre
embrionarias
Embrión de 64 a 200 células
(blastocisto)

13
PARA OBTENERLAS ES
NECESARIO CLONAR UN
ANIMAL O UN INDIVIDUO
HUMANO
OBTENCIÓN DE
CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS
AUTÓLOGAS

14
CLONACIÓN
ANIMAL
RESUMEN
HISTÓRICO
Heidi Ledford. Nature
445; 800-802, 2007

15
Clonación de lobos
Investigadores de la
Universidad de Seúl publican en
marzo de 2007 la clonación de
dos lobos, Snuwolf y Snuwolffy
M.K. Kim y col. Cloning and Stem Cells 9; 130-137, 2007
Nature / DOI: 10.1038 / News 070430- 4. 1 de mayo de 2007 )
Un equipo de la propia
Universidad de Seúl confirma, el
27 de abril de 2007, que los lobos
clonados son genuinos clones
CLONACIÓN ANIMAL

16
• Se consigue por primera vez en el mundo
clonar primates (macacus rhesus)
• A partir de 304 ovocitos obtenidos de 14
hembras macacus rhesus
• Se generaron 2 líneas de células madre
embrionarias
Eficiencia 0.7%
J.A. Byrne y col. Nature 450; 497-502, 2007
CLONACIÓN ANIMAL
Clonación de primates

17
1
No consiguieron obtener células madre de los blastocistos clonados
1. Cibelli JB. J Regener Med 2; 25, 20011
2. Chen Y. Cell Res 13; 251, 2003
3. Guangxin L. Chinose Sci Bull 48, 1240, 20031
4. Hwang WS et al. Science 303; 1669, 2004
5. Hwang WS et al. Science 308; 1777, 2005
6. Stojkovic M et al. Reprod Bio Med Online 11, 226, 20051
7. Zavos P. et al. Archives of Andrology 52; 243, 2006
INTENTOS DE CLONACIÓN
HUMANA

18
¿SE HA CONCEGUIDO LA
CLONACIÓN HUMANA?
No parece que hasta ese momento
existiera evidencia de que se hubiera
logrado la clonación de seres
humanos
J. Yu y col. Science 318; 1917-1920, 2006
J. Hanna y col. Science 318; 1920-1923, 2007
T. Kakahashi y col. Cell 131; 861-872, 2007
X Yang y col. Nature Genetics 39; 295-302, 2007

19
CLONACIÓN HUMANA
Sin embargo, existen
razones fundadas para creer
que se van a poder producir
clones humanos
X Yang y col. Nature
Genetics 39; 295-302, 2007

20
• Un equipo de la firma comercial Stemagen
Corporation de la Jolla, California, publica un
artículo en donde afirman que han podido
obtener blastocistos humanos por transferencia
nuclear somática utilizando células adultas de
piel y ovocitos de mujeres jóvenes (20-24 años)
sobrantes de fecundación in vitro
• También han obtenido blastocistos a partir de
un pequeño número de ovocitos humanos
partenogenéticamente
CLONACIÓN HUMANA
AJ French. Stem Cells 26; 485-493, 2008

21
CLONACIÓN HUMANA
• Aunque hasta el momento no hay
evidencia de que se haya logrado
obtener líneas celulares embrionarias a
partir de embriones humanos
• Existen razones fundadas para creer
que se vana poder producir clones
humanos
X Yang y col. Nature
Genetics 39; 295, 302, 2007

22
POTENCIAL TERAPÉUTICO DE LAS
CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS
EXPERIENCIAS PRECLÍNICAS CON CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS HUMANAS
Se demuestra por primera vez que
cardiomiocitos generados a partir de
células madre embrionarias humanas
pueden mejorar la función cardiaca de
corazones de rata infartados
M.A. Laflamme y col.
Nature Biotechnology 25; 1015 – 1024, 2007

23
• A partir de células madre embrionarias
obtienen células de músculo esquelético.
• Cuando estas células se transfieren a
ratones con distrófia muscular se mejora la
función muscular sin que se produzcan
teratomas
• Estas experiencias sugieren la posibilidad de
aplicarlas en pacientes con distrofia
muscular, particularmente en la distrofia
muscular de Duchenne
EXPERIENCIAS PRECLÍNICAS CON
R Darabi y col. Nature Medicine 14; 134-143,
2008

24
APLICACIONES PRECLÍNICAS
Se describe por primera vez la
obtención de células similares a
los fotoreceptores de la retina a
partir de células madre
embrionarias de ratón, mono e
individuos humanos
F Osaka y col Nature
Biotechnology 26; 215-224, 2008

25
No se han aplicado clínicamente por la
ineficiencia del proceso de clonación, por la
falta de conocimiento de los mecanismos
que lo sustentan, por la necesidad que
existiría de mantener terapia
inmunosupresiva durante toda la vida, por el
riesgo de inducir el desarrollo de hematomas
y por las dificultades éticas que su uso
conlleva
EXPECTATIVAS TERAPÉUTICAS
UTILIZANDO CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS

26
M. Enserink. Science 313; 160-163, 2006
“Nadie podría prometer hoy la
falsedad de que con células
madre embrionarias se puede
curar a alguien inminentemente,
esto es engañar cruelmente a
pacientes y público”
EXPECTATIVAS TERAPÉUTICAS
UTILIZANDO CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS

27
CÉLULAS
MADRE DE
TEJIDOS
ADULTOS

28
¿DE DONDE SE OBTIENEN LAS
CÉLULAS MADRE DE TEJIDOS
ADULTOS?
De:
• Diferentes tejidos adultos
• Cordón umbilical
• Placenta
• Fetos abortados. A partir de células madre
germinales
• Teratocarcinomas o carcinomas
embrionarios, especialmente de tumores
testiculares

29
• Fusionándose con las células del órgano lesionado
• Diferenciándose a células específicas de ese órgano
• Favoreciendo la vasculogénesis a partir de células
progenitoras endoteliales contenidas en el material celular o
de células mononucleares de la médula ósea
• Ejerciendo acciones paracrinas por liberación de factores de
crecimiento, proteínas angiogénicas, factores tróficos o
factores moduladores del sistema inmunológico
• Remodelando físicamente la arquitectura tridimensional del
órgano afectado
MECANISMOS POR LOS CUALES
EJERCEN SU FUNCIÓN LAS CÉLULAS
MADRE ADULTAS
Estos
mecanismos
in vivo no
parecen
relevantes

30
EXPERIENCIAS CLÍNICAS CON
CÉLULAS MADRE ADULTAS

31
OBJETIVAS EXPECTATIVAS
CLÍNICAS DERIVADAS DEL USO
DE CÉLULAS MADRE DE TEJIDOS
ADULTOS
“Seguramente no hay un
precedente así en la
ciencia actual”
J. Martin. The Lancet 365; 2070-2071, 2005

32
ENSAYOS CLÍNICOS CON CÉLULAS MADRE
ADULTAS APROBADOS POR LA FDA
En enero de 2007 había
ensayos clínicos aprobados por la Food and
Drug Administration norteamericana.
De ellos, más de 250 en infarto de miocardio,
24 en linfoma de tipo no-Hodgkin y 5 en
tumores testiculares
A. D. Prentice y G. Tarne
Science 315; 328,2007
ENSAYOS CLÍNICOS REALIZADOS
1238

34
ESTUDIOS EN INFARTO DE
MIOCARDIO CON
CÉLULAS MADRE
ADULTAS

35
ENSAYOS CLÍNICOS PARA TRATAR
EL INFARTO DE MIOCARDIO
Hasta ahora en los ensayos
clínicos promovidos para tratar el
infarto de miocardio se han
utilizado solamente células madre
de médula ósea y células
endoteliales progenitoras
VFM Segers y RT Lee
Nature 451; 937-942, 2008

36
APLICACIONES CLÍNICAS DE LAS
En un interesante artículo del pasado febrero
se revisan los estudios realizados entre
enero de 1997 y diciembre de 2007 sobre la
utilización de las células madre de tejidos
adultos con fines terapéuticos
FUENTES: MEDLINE, EMBASE, Science Citatim Index, pagmes
web FDA y de INS de Estados Unidos
R.K. Burt y col. JAMA 299; 925-936, 2008

37
ENSAYOS CLÍNICOS CON
Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008

38
Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008
Clinical Trials of Stem Cell Therapy for Acute Myocardial Infarction With
>=30 Patients

39
ENSAYOS CLÍNICOS EN INFARTO DE
MIOCARDIO AGUDO
VALORACIÓN
GLOBAL
• Se observa un modesto beneficio de la
fracción de eyección ventrícular izquierda.
En los interensayos es de 8’6 % y en los
intraensayos del 2’4 %
• No se producen efectos secundarios
negativos
Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008

40Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936, 2008
Clinical Trials of Stem Cell Therapy for Chronic Myocardial
Ischemia and/or Heart Failure With >=20 Patients

41
ENSAYOS CLÍNICOS EN ENFERMEDAD
ISQUÉMICA CORONARIA CRÓNICA
VALORACIÓN
GLOBAL
• Aumento de la perfusión regional
• Mejora de la contractibilidad cardiaca
• Modesto aumento de la fracción de
eyección ventricular izquierda
• Reducción del dolor anginoso
Burt, R. K. et al. JAMA;299,925-936,2008

42
ACCIONES FUTURAS EN RELACIÓN CON EL INFARTO
DE MIOCARDIO
• En la mayoría de los estudios el número de miocardiocitos que
se generan y que se integran en el miocardio lesionado es
demasiado pequeño para justificar la mejora de la función
cardiaca observada
• Esta mejora podría deberse a un efecto paracrino, por lo que la
identificación de los factores que condicionan esta acción
celular puede ser importante
• Utilizar las células adecuadas en el lugar adecuado y
desarrollar métodos más eficientes para generar el tipo celular
deseado
• Conocer mejor los mecanismos que regulan el metabolismo de
los miocardiocitos
• Conocer mejor los mecanismos del “homing”
• Definir los factores presentes en el entorno celular lesionado
que limitan la supervivencia y la integración funcional de las
células transplantadas
• Supresión del rechazo inmunológico para mejorar el efecto
terapéutico
VFM Segers y RT Lee Nature 451; 937-942, 2008
H.E. Fleming. Cell 132; 505-509, 2008

43
TERAPIA CELULAR
• Terapia celular preparada de forma
individual para cada paciente
• Bancos universales de células madre
• Utilización de fármacos que estimulen
el aumento endógeno de células madre
G.Q. Daley y D.T. Scadden. Cell 132; 544-548, 2008
OPCIONES FUTURAS

44
CREACIÓN DE ÓRGANOS
BIOARTIFICIALES.
INGENIERÍA DE ÓRGANOS
POSIBLES
ALTERNATIVAS AL
TRANSPLANTE DE
ÓRGANOS

45
PROBLEMAS FUNDAMENTALES DEL
TRANSPLANTE DE ÓRGANOS
• Limitación de órganos
disponibles
• Necesidad de
inmunosupresión durante
toda la vida

46
INGENIERÍA DE ÓRGANOS
Depositando cardiomiocitos sobre
delgadas láminas de material
biocompatible se ha conseguido
formar estructuras orgánicas de
tres dimensiones
A.W. Feinberg y col. Science 317; 1366-1370, 2007
CONSTRUCCIÓN DE ÓRGANOS SOBRE UNA MATRIZ
ARTIFICIAL

47
PRODUCCIÓN DE UN CORAZÓN
ARTIFICIAL
• El equipo de Doris A. Taylor, de
la Universidad de Minessota ha
conseguido por primera vez
crear un corazón bioartificial
HC Ott. Nature Medicine 14; 213-221, 2008

48
ARTIFICIAL
METÓDICA PARA OBTENERLO
•Descelularización de corazones de cadáver de rata por perfusión
con detergentes
•Mantenimiento de la matriz extracelular, con conservación de una
estructura espacial cardiaca acelular
•Reperfusión con células cardiacas neonatales o células
endoteliales aórticas de rata
•Cultivo de estas estructuras recelularizadas en un medio similar
al que se utiliza para el mantenimiento de órganos
•Mantenimiento de la perfusión durante 28 días

49
• A los 4 días de finalizar la reperfusión
celular la estructura cardiaca generada
se contrae
• A los 8 días adquiere la función de la
bomba cardiaca
ARTIFICIAL
RESULTADOS

50
• La misma técnica de descelularización se ha
utilizado con corazones de cerdo, de un
tamaño similar al humano
• También han conseguido descelularizar,
pulmones, hígado, riñón y tejido muscular de
diversos mamíferos
ARTIFICIAL
PERSPECTIVAS FUTURAS

51
ALTERNATIVAS PARA LAALTERNATIVAS PARA LA
OBTENCIÓNOBTENCIÓN
DE CÉLULAS MADREDE CÉLULAS MADRE
DE TIPO EMBRIONARIO.DE TIPO EMBRIONARIO.
CONSIDERACIONES BIOLÓGICAS YCONSIDERACIONES BIOLÓGICAS Y
ÉTICASÉTICAS

52
ALTERNATIVAS AL USO DE CÉLULAS
MADRE EMBRIONARIAS
Para obtener células madre embrionarias hay
que destruir al embrión del cual se obtienen,
lo que indudablemente supone un importante
problema ético. Por ello, hace unos años se
planteó el reto de obtener células madre
similares a las de los embriones humanos
por procedimientos que no requirieran la
destrucción de embriones
Best Practical Research Clinical
Obstetrics and Gynecology 18; 929-940, 2004

53
ALTERNATIVAS AL USO DE
Esta inquietud fue recogida por
el Consejo Asesor de Bioética
del presidente de Estados
Unidos, que en 2005 propuso
cuatro posibles alternativas
White Paper Alternate Sources of Human Pluripotent Stem Cells.
Washington DC. President’s Councel on Bioethics. 2005

54
MADRE EMBRIONARIAS
Estas cuatro propuestas se han ampliado ocho:
• Embriones en fase muy temprana de
desarrollo
• Estructuras biológicas no embrionarias
generadas por transferencia nuclear
somática alternada (ATN)
• Estructuras biológicas obtenidas por
transferencia nuclear somática alterada
(ATN) con reprogramación asistida del
ovocito (OAR)

55
MADRE EMBRIONARIAS
• Por fusión de núcleos de células
somáticas adultas con células madre
embrionarias
• De pseudoembriones
• De células madre germinales
• De ovocitos activados por partenogénesis
• Por reprogramación de células somáticas
adultas

56
OBTENCIÓN DE CÉLULAS
MADRE A PARTIR DE
CÉLULAS DE EMBRIONES EN
FASE MUY TEMPRANA DE
DESARROLLO

58
OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE DE
EMBRIONES EN FASE MUY TEMPRANA
DE DESARROLLO
Los primeros en proponer esta
técnica fueron Strelchenko y col, del
Instituto de Genética Reproductiva de
Chicago, dirigido por Verlinsky, que las
obtuvieron de embriones de 60 a 70
células, es decir solamente un día
antes de que el embrión llegara a la
fase de blastocisto
N. Strelchenko y col.
Reproduction BioMedicine Online 9; 623-629, 2004

59
OBTENCIÓN DE CÉLULAS TRONCALES
DE EMBRIONES EN FASE MUY
TEMPRANA DE DESARROLLO
Posteriormente Robert Lanza y colaboradores de la
Advanced Cell Technology, consiguen extraer
blastómeros de embriones de ocho células y a partir
de ellos generar líneas celulares que pudieron
diferenciarse a células de distintos tejidos
Los embriones de siete células resultantes se
implantaron en hembras subrrogadas
pseudogestantes, obteniendose ratones
aparentemente normales, con una eficiencia similar
a cuando se obtenían a partir de embriones de 8
células
Cheng Y. y col.
Nature 439; 216-219, 2006

60
OBTENCIÓN DE CÉLULAS TRONCALES
DE EMBRIONES EN FASE MUY
TEMPRANA DE DESARROLLO
• Los embriones donantes proceden de los
sobrantes de la fecundación in vitro. Por ello,
las células madre así obtenidas podrían
ocasionar problemas de rechazo
inmunológico similares a los de los
trasplantes alogénicos si se utilizaran con
fines terapéuticos
• Estas células tendrían por tanto una
aplicación fundamentalmente experimental
DIFICULTADES TÉCNICAS

61
GENERACIÓN DE
ESTRUCTURAS BIOLÓGICAS
NO EMBRIONARIAS POR
SOMÁTICA ALTERADA (ANT)

62
TRANSFERENCIA NUCLEAR SOMÁTICA ALTERADA
Célula de
tejido adulto
Célula genéticamente
modificada
MODIFICACIÓN
GENÉTICA
Ovocito
Ente biológico no embrionario
Células similares
a las células madre
embrionarias
ACTIVACIÓN
Pseudoembrión

63
UTILIZACIÓN DE LA
SOMÁTICA ALTERADA (ANT)
La ANT fue propuesta por
William B Hurlbut, de la
Universidad de Stanford
Perspectives in Biology and Medicine 48; 211-228, 2005

64
UTILIZACIÓN DE LA TRANSFERENCIA
NUCLEAR SOMÁTICA ALTERADA (ANT)
La propuesta teórica de Hulburt fue llevada a la práctica
por A. Meissner y R. Jaenish
En sus experiencias utilizaron fibroblastos de ratones que
modificaron genéticamente para que no pudieran expresar
el gen Cdx2 que produce un factor de trascripción
necesario para que se forme adecuadamente el trofoblasto
Si este gen no se expresa el embrión, en teoría, no podría
implantarse
Nature 439; 212-215, 2005

66
TRANSFERENCIA NUCLEAR SOMÁTICA
ALTERADA (ANT)
DIFICULTADES ÉTICAS DE LA TRANSFERENCIA
1. No se tiene la certeza de que el gen Cxd2 cumpla la misma
función en humanos que en ratones
2. No se puede tener la seguridad de que cada una de las
entidades biológicas creadas sea incapaz de desarrollar un
embrión viable
3. No se puede tener la certeza de que durante los tres o cuatro
primeros días de vida esa entidad biológica no sea diferente de
un embrión humano creado in vitro por transferencia nuclear
somática
4. Necesidad de utilizar un gran número de ovocitos humanos
Solter D. N. Engl. J. Med. 353; 2321-2323, 2005

67
CREACIÓN DE
ESTRUCTURAS
BIOLÓGICAS
PSEUDOEMBRIONARIAS
POR TRANSFERENCIA
NUCLEAR SOMÁTICA
ALTERADA CON
REPROGRAMACIÓN
ASISTIDA DEL OVOCITO
(ANT - OAR)

68
ANT - OAR
Resto celular
Núcleo
genéticamente
modificado
TRANSFERENCIA
NUCLEAR
Ovocito
enucleado
Ente biológico
embrionario
ACTIVACIÓN
Pseudoembrión
Células madre
similares a las
embrionarias
Célula de
tejido adulto

69
CREACIÓN DE
ESTRUCTURAS
BIOLÓGICAS
PSEUDOEMBRIONARIAS
POR FUSIÓN DE LAS
CÉLULAS SOMÁTICAS
ADULTAS GENÉTICAMENTE
MODIFICADAS CON
CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS

70
FUSIÓN CON CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS
Para solventar el grave problema del uso de
ovocitos humanos que la ANT y la ANT-
OAR tienen, se propuso fusionar el núcleo
de las células somáticas adultas
genéticamente modificadas con células
madre embrionarias en lugar de
transferirlas a ovocitos enucleados

71
EXPERIENCIAS DE COWAN Y COLABORADORES
Célula madre
embrionaria
Célula adulta
genéticamente
modificada
ACTIVACIÓN
Híbrido
Células pluripotentes
FUSIÓN
FUSIÓN DE NÚCLEOS DE CÉLULAS ADULTAS
CON CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS

72
FUSIÓN DE NÚCLEOS DE CÉLULAS ADULTAS
CON CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS
Esta propuesta ha sido aplicada en humanos,
fusionando el núcleo de células somáticas con
células troncales embrionarias
Tras la fusión se ha conseguido que el
genoma de las células somáticas se
reprogramara hasta un estado evolutivo
similar al de las células pluripotentes, a partir
del cual se pudieron obtener líneas celulares
similares a las embrionarias
Cowan CA. Science 309; 1369-1373, 2005

73
DIFICULTADES TÉCNICAS
Dificultades técnicas:
• Por ser células tetraploides no podrían ser utilizadas con fines
terapéuticos
• Para hacerlas terapéuticamente útiles habría que desarrollar un
método para convertir la célula tetraploide en diploide
B.M. Kuehn. JAMA; 1475-1476, 2005
• Actualmente es posible una eliminación selectiva de algunos
cromosomas derivados de las células madre embrionarias
pero parece difícil
generar células diploides reprogramadas por este mecanismo debido
al riesgo de producir inestabilidad genómica
• Por la baja eficiencia del proceso de fusión ha sido difícil estudiar los
mecanismos responsables de la reprogramación de la célula
somática
H. Matsumura y col. Nature Methods 4; 23-25, 2007
R. Jaenisch y R. Young. Cell 132; 567- 582, 2008

74
OBTENCIÓN DE
CÉLULAS MADRE A
PARTIR DE
PSEUDOEMBRIONES

75
EMBRIONES ANEUPLOIDES
PARTENOTES
ANDROGENOTES
PSEUDOEMBRIONES

76
A PARTIR DE PSEUDOEMBRIONES
De embriones aneuploides
se pueden obtener células
madre de tipo embrionario
normales
E. Suss-Toby y col.
Human Reproduction 19; 670 – 675, 2004

77
• Se consigue generar blastocistos a partir de
partenotes humanos
A PARTIR DE PARTENOTES
• Los partenotes se producen por activación de
ovocitos sin el material cromosómico procedente de
los espermatozoides
• De ellos se pueden obtener células madre
embrionarias que podrían tener un hipotético papel
terapéutico
Editorial. Cloning and Stem Cells 9; 291, 2007
JB Cibelli y col. Journal of Regenerative Medicine 2; 25-31, 2001

78
fg
fg
Parthenote
(only maternal genome)
(in mice) can develop
only till day 12,
exhibiting
heart beating and blood
circulation
Androgenote
(only paternal genome)
Can implant, but
produces a
hydatiform mole
without proper
embryo
Tomado de: A. Suárez,
M. Lang y J. Huarte
(www.embryoperson.org)
Febrero 2006
OBTENCIÓN DE
CÉLULAS MADRE
A PARTIR DE
PSEUDOEMBRIONES

79
OBTENCIÓN DE
CÉLULAS MADRE
SIMILARES A LAS
EMBRIONARIAS A
PARTIR DE CÉLULAS
GERMINALES

80
SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS A PARTIR
DE CÉLULAS MADRE TESTICULARES
Se confirma la pluripotencialidad y
plasticidad de las células germinales
masculinas inmaduras obtenidas de
ratones adultos. Se han denominado
células madre germinales
multipotenciales adultas o células
maGSCs
Guan y col. Nature 440; 1199 – 1203, 2006

81
Neuronal differentiation of maGSCs
Striated muscleNeural tissueCartilage
Epithelial cell/hepatocyte differentiation
Intestine tissue
OBTENCIÓN DE CÉLULAS DE DIFERENTES TEJIDOS A PARTIR DE
CÉLULAS MADRE TESTICULARES
a-c: células neurales g-i: teratomas
d-f: células epiteliales hepáticas j-l: células epiteliales intestinales
Guan y col. Nature 440; 1199 – 1203, 2006

82
SIMILARES A LAS EMBRIONARIAS A PARTIR
DE CÉLULAS MADRE TESTICULARES
A partir del estroma testicular se pueden
obtener células progenitoras de las
espermatogonias (SPCs) y de las SPCs se
pueden derivar células madre adultas
multipotentes (MACs)
A partir de las células MACs obtienen células
cardíacas contráctiles y trasplantándolas a un
animal vivo, vasos sanguíneos funcionantes
M. Seandel y col. Nature 449; 346 – 350, 2007

83
MADRE SIMILARES A
LAS EMBRIONARIAS A
PARTIR DE OVOCITOS
NO ACTIVADOS

84
OVOCITO NO
ACTIVADO
BLASTOCISTO
CÉLULAS MADRE
SIMILARES A LAS
EMBRIONARIAS
HUMANAS
CÉLULAS DE
DIVERSOS
TEJIDOS
ACTIVACIÓN
(PARTÉNOGÉNESIS)
OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE SIMILARES
A LAS EMBRIONARIAS A PARTIR
DE OVOCITOS NO ACTIVADOS
E. Revazova y col. Cloning
and Stem Cells 9; 432-450,
2007

85
Esta técnica también ha sido
utilizada en ratonas evitando
el rechazo inmunológico
K. Kim. Science 315; 482-486, 2007
SIMILARES
A LAS EMBRIONARIAS A PARTIR

86
LIMITACIONES
A LAS EMBRIONARIASA PARTIR
Se requiere utilizar un gran
número de ovocitos humanos
Sólo podría utilizarse para tratar
a mujeres

87
Para evitar el uso de ovocitos se
podrían utilizar ovocitos creados in
vitro, lo cual ya se ha logrado a
partir de células madre de
embriones de ratón o de células
madre de piel de fetos de cerdo
A LAS EMBRIONARIASA PARTIR
1
2
1. K Hulner y col Science 300; 1251-1256, 2003
2. P W Dyce y col Nature Cell Biology 8; 384-390, 2006

88
MADRE SIMILARES
A LAS CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS POR
REPROGRAMACIÓN
DIRECTA DE CÉLULAS
ADULTAS

89
PASADO FUTURO
vez células madre
embrionarias
humanas
células iPS
Shinya Yamanaka
2006
James Thomson
1998 2007
Obtienen
células iPS
humanas

90
Célula adulta
Célula pluripotente
Células de todo
tipo de tejidos
REPROGRAMACIÓN
REPROGRAMACIÓN DE CÉLULAS ADULTAS
Célula totipotente Embrión
SIMILARESA LAS CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS
POR REPROGRAMACIÓN DIRECTA DE CÉLULAS ADULTAS

91
CÉLULAS ADULTAS
CÉLULAS SIMILARES A
LAS EMBRIONARIAS
(CÉLULAS iPS)
CÉLULAS DE TODO
TIPO DE TEJIDOS
Genes codificadores de
proteínas de transcripción
Proteínas de transcripción
Genes reprogramadores
REPROGRAMACIÓN DE CÉLULAS
ADULTAS ANIMALES
K. Takahashi y S.
Yamanaka.
Cell 126; 652-655, 2006

92
REPROGRAMACIÓN DE CÉLULAS SOMÁTICAS
A UN ESTADO PLURIPOTENTE
Célula somática
Oct4
Sox2
c-Myc
Klf4
Proceso de reprogramación
Reprogramada
parcialmente
Reprogramada
totalmente
Célula pluripotente
Fbx15 NanogOct4
No expresan Oct4 y
Nanog endógenos
No generan chimeras
Producen teratomas
Expresan Oct4 y
Nanog endógenos
Modificado de: R.
Jaenisch y R. Young Cell
132; 567-582, 2008

93
ADULTAS ANIMALES
K. Okita y col. Nature 448; 313-317, 2007
Estos resultados fueron ampliados y
confirmados en un trabajo posterior del
mismo grupo. Además, si las células
iPS se inyectaban en blastocistos
murinos se consiguían quimeras
adultas de ratones que eran capaces
de transmitir sus características
genéticas a la siguiente generación

94
Confirman las experiencias realizadas en
animales por Takahashi y Yamanaka
M. Wernig y col. Nature; 318-324, 2007
ADULTAS ANIMALES
Confirman las anteriores experiencias y
además consiguen producir quimeras
que si son inyectadas en blastocistos
murinos pueden generar embriones
vivos
N. Maherali y col. Cell Stem Cell 1; 55-70, 2007

95
ADULTAS HUMANAS
Pero el paso de las experiencias animales a humanos
no parecía fácil
Así, Janet Rossant se preguntaba el pasado mes de
julio:
“¿Serán eficientes los mismos mágicos factores
moleculares para generar células iPS humanas?
Diversos grupos están intentándolo, pero trasladar
estas pruebas a humanos tiene muchas dificultades”
J. Rossant. Nature 448; 260-262, 2007

96
REPROGRAMACIÓN DE
CÉLULAS ADULTAS HUMANAS
EXPERIENCIAS DE LOS
GRUPOS DE SHINYA
YAMANAKA Y JAMES
THOMSON

97
PASADO FUTURO
vez células madre
embrionarias
humanas
células iPS
Shinya Yamanaka
2006
James Thomson
1998 2007
Obtienen
células iPS
humanas

98
CÉLULAS DE PIEL HUMANA
CÉLULAS
iPS
GENES
REPROGRAMADORES
CÉLULAS DE TODO TIPO
DE TEJIDOS
REPROGRAMACIÓN DE
J. Yu y col. (grupo Thomson).
Science 318; 1917-1920, 2007
K. Takahashi y col. (grupo Yamanaka).
Cell 131; 861-872, 2007

99
ADULTAS HUMANAS
Takahashi y col. (grupo Yamanaka):
Genes reprogramados: Oct ¾, Sox2, c-Myc y Klf4
Medio para transferirlos: retrovirus
Fuente de células adultas: prepucio de recién nacido
Yu y col. (grupo Thomson):
Genes reprogramados: Oct ¾, Sox2, Lin 28 y Nanong
Medio para transferirlos: lentivirus
Fuente de células adultas: fibroblastos fetales y
neonatales

100
Las células iPS generadas muestran
expresión genética y modelos de
metilación muy parecidos a los de las
células madre embrionarias, crecen
internamente mientras expresan
telomerasa, tienen un cariotipo normal
y forman teratomas si se trasplantan a
ratones inmunosuprimidos
Ch.E. Murry y G. Keller. Cell 132; 661-680, 2008
ADULTAS HUMANAS

101
I-H. Park y col. (grupo de G.Q. Daley) Derivan células
iPS de células adultas, especialmente fibroblastos
de fetos neonatos y sujetos adultos, utilizando los
cuatro mismo genes reprogramadores.
Comprueban que los factores de reprogramación
fundamentales son el Oct-4 y el Sox2.
Las células iPS se asemejan a las embrionarias
humanas en morfología y expresión genética y
tienen la capacidad de producir teratomas en
ratones inmunodeficientes
CONFIRMACIÓN DE LAS EXPERIENCIAS DE YAMANAKA Y THOMSON
REPROGRAMACIÓN DE
I-H. Park. Nature 451; 141-146, 2008

102
Consiguen generar células iPS a
partir de fibroblastos de piel
humana que pueden diferenciarse
a todo tipo de tejidos, lo que avala
su pluripotencialidad
WE Lowry y col. PNAS 105; 2883-2888, 2008
REPROGRAMACIÓN DE

103
UTILIDAD EXPERIMENTAL DE
LAS CÉLULAS iPS
Las células iPS podrían suplir
mucha de la información que ahora
proporcionan las células madre
embrionarias en investigación y en
medicina
MF Pera Nature 451; 135-136, 2008

104
El grupo de Yamanaka demuestra
que las células iPS pueden ser
directamente derivadas a
cardiomiocitos y células
neuronales
UTILIDAD EXPERIMENTAL
K. Takahashi y col.
Cell 131; 861 – 872, 2007

105
CLONACIÓN DE ANIMALES
UTILIZANDO CÉLULAS iPS
Estos ratones tienen tres progenitores
biológicos: el macho que aporte el
esperma y la hembra que da el óvulo
para la generación del embrión de
ratón por fecundación in vitro y el
tercer ratón del que se extrae la célula
de piel con que se generaran las
células iPS
S Connor The independent 14-IV-2008.
Experiencias del grupo de Robert Lanza
de Advanced Cell Technology

106
.
.
.
Reprogramar
Fibroblasto Células iPS
Clon parcial
Clon completoCélula iPS Embrión de ratón
Fusión
CLONACIÓN DE ANIMALES
S Connor The independent 14-IV-2008.
Experiencias del grupo de Robert Lanza
de Advanced Cell Technology

107
Consiguen mejorar los síntomas clínicos
de ratones con anemia falciforme
utilizando células iPS
Los tres animales que las recibieron
sobrevivieron más de 20 semanas,
mientras los que no, murieron antes de
la séptima semana
EXPERIENCIAS PRECLÍNICAS EN
ANIMALES UTILIZANDO CÉLULAS
iPS
J. Hanna y col. Science 318; 1920 – 1923, 2007

108
• Demuestran que células iPS se pueden diferenciar en
células madre precursoras neurales que en cultivo
puede generar células neurales o de glia
• Si las células generadas se transfieren al cerebro de
fetos de ratones, migran a distintas regiones y se
diferencian en glia y neuronas
• También las células iPS se diferencian a neuronas
dopaminérgicas
• Cuando las neuronas dopaminérgicas se
transplantan a cerebro de ratas con Parkinson se
consigue mejorar sus síntomas clínicos
• Estos resultados demuestran el potencial terapéutico
de células iPS procedentes de fibroblastos para el
reemplazo de células neuronales patológicas en un
modelo animal
M Wernig y col PNAS 105; 5856-5861, 2008 (publicado 15-IV-2008)
EXPERIENCIAS PRECLÍNICAS EN ANIMALES

109
OTRAS APLICACIONES DE LAS
CÉLULAS iPS
• Las células iPS pueden ser el más
práctico y eficiente camino para
producir grandes bancos de células
humanas pluripotentes de los
haplotipos deseados
• Esto evitaría el uso y destrucción de
miles de embriones
MF Pera y K Hasegawa Nature

110
VENTAJAS ÉTICAS
NO SE REQUIERE LA
DESTRUCCIÓN DE
EMBRIONES HUMANOS

111
RAZONES DE YAMANAKA PARA
SUS INVESTIGACIONES
• “Cuando vi el embrión, rápidamente me
di cuenta de que no había diferencia
entre él y mis hijas”
• “Pensé que no podemos permitirnos
destruir embriones para nuestras
investigaciones”
• “Tiene que haber otro camino”
M Fackler “The New York Times” 11-XI-2007

112
VENTAJAS TÉCNICAS
• No inducen rechazo inmunológico
Lo que abre la posibilidad de crear fármacos
específicos para un paciente determinado
• No requiere la utilización de
ovocitos humanos
• Facilidad técnica
• Coste reducido

113
INCONVENIENTES TÉCNICOS
• Posibilidad de transmisión de
enfermedades virales
• Posibilidad, aunque menor, de producir
tumores
• Posibles problemas genéticos debido a
la introducción del ADN de los genes
reprogramadores

114
OTROS INCONVENIENTES
TÉCNICOS
Los actuales protocolos para generar células
iPS tienen el peligro de facilitar una
integración genómica aleatoria y el riesgo de
ocasionar mutagénesis
Además, aunque los genes reprogramadores
son generalmente silenciados después de la
reprogramación, la activación epigenética
del Oct-4 y Sox2 podría inducir efectos no
deseados en las células iPS transferidas
MF Pera y K Hasegawa Nature

115
Técnicos:
• Sustituir los vectores virales
• Sustituir el oncogén c-Myc
Biológicos:
• Conocer mejor los mecanismos de la
reprogramación celular, especialmente si
es debida a modificaciones epigenéticas o
a modificaciones genéticas todavía no
identificadas
PROBLEMAS A RESOLVER
J. Cibelli. Science 318; 1879, 2007

116
• Un aspecto crucial es establecer qué
genes son suficientes y necesarios
para la reprogramación y son
requeridos para inducir la proliferación
de las células generadas
• Parece ser que los genes Oct-4 y Sox2
son los necesarios para la
reprogramación
MF Pera Nature 451; 135-136, 2008
PROBLEMAS A RESOLVER

117
El mismo grupo de Yamanaka, en el
reducido tiempo de tres meses
consigue reprogramar hepatocitos y
células de epitelio de mucosa gástrica
sin utilizar el c-Myc, tanto en humanos
como en ratones, sin que se generaran
tumores
PROBLEMAS RESUELTOS
N. Nakagama y col. Nature Biothecnology 26; 101-106, 2008

118
También comprueban que al
reprogramar células de estómago e
hígado murinas, utilizando
retrovirus, estos no penetran en la
célula adulta a reprogramar y por
tanto no alteran su genoma
PROBLEMAS RESUELTOS
T. Aoki y col. Science: DOI 10.1126 / science
1154884 (14 – 2 – 2008)

119
A la vista de las anteriores experiencias
J. Cibelli se preguna:
“¿Será la clonación humana con
fines terapéuticos necesaria?”
“La respuesta inmediata es no. Es
cuestión de tiempo el que todas las
hipotéticas ventajas de la
clonación terapéutica puedan
mejorarse utilizando células iPS”
J. Cibelli. Science 318; 1879, 2007

120
¿PUEDEN LAS CÉLULAS iPS HACER
INNECESARIO EL USO DE CÉLULAS MADRE
EMBRIONARIAS?
• Sería un importante error llegar a la conclusión de que la
obtención de las células iPS evita la necesidad de usar células
madre embrionarias
• D Melton: Es prematuro afirmar esto
• GQ Daley: En el momento actual no estamos seguros de que
las células iPS sean absolutamente equivalentes a las células
madre embrionarias
• K Egan: Para estar seguro de la utilidad de las células iPS se
necesita hacer un gran número de experiencias con células iPS
de diferentes individuos y compararlos con células madre
embrionarias
C Holden y G Vogel Science319; 560-563, 2008
I Hyun y col. Cell Stem Cell 1; 367-368, 2007

121
La investigación con células iPS
debería continuar junto con la
investigación con células madre
embrionarias
I-Hyun Park. Hastings Center Report 38; 20-22, 2008
EMBRIONARIAS?
BM Kuehn JAMA 299; 26, 2008

122
Sin embargo la gran mayoría de
los investigadores que trabajan en
este campo creen que las células
iPS sustituirán con ventaja a las
células madre embrionarias, tanto
con fines experimentales como
terapéuticos
EMBRIONARIAS?

123
CONSECUENCIAS DEL
DESCUBRIMIENTO DE LAS
CÉLULAS iPS
Es este un gran avance experimental,
que hay que saludar como una gran
esperanza para encontrar caminos
éticos que permitan el desarrollo que la
medicina reparadora y regenerativa
requiere

124
Sin embargo la gran mayoría de
los investigadores que trabajan en
este campo creen que las células
iPS sustituirán con ventaja a las
células madre embrionarias, tanto
con fines experimentales como
terapéuticos
EMBRIONARIAS?

125
Por ello, Ian Wilmut el creador de la oveja Dolly,
manifiesta que abandona la clonación para utilizar
las células iPS
Y el propio James Thomson comentaba (Gina Kolata.
The New York Times, 22/11/2007) que probablemente
“dentro de una década la guerra de las células madre
embrionarias será solo una nota al pie de una página
curiosa de la historia de la ciencia”
CONSECUENCIAS DEL
DESCUBRIMIENTO DE LAS
CÉLULAS iPS
R Highfield Daily Telegraph (
http://www.telegraph.co.uk) 16-XI-2007

Presentación Células madre, pasado y futuro.Clase impartida en el Master de Bioética

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (18)

Similar a Presentación Células madre, pasado y futuro.Clase impartida en el Master de Bioética

Similar a Presentación Células madre, pasado y futuro.Clase impartida en el Master de Bioética (20)

Último

Último (20)

Presentación Células madre, pasado y futuro.Clase impartida en el Master de Bioética

Notas del editor