Luchar contra el cáncer y el COVID-19: los científicos apuestan por las células madre

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Según los últimos datos, los tratamientos basados en las células madre también pueden ayudar en la lucha contra el COVID-19.

SPUTNIK

RUSIA.- El cultivo de nuevos órganos, la edición de genes, la recuperación total de las enfermedades más graves… Los científicos están buscando nuevas formas de resolver estos problemas estudiando las células madre, aunque se debate mucho la ética de estos estudios.

El medicamento con el que trataron al presidente de EEUU, Donald Trump, fue desarrollado con su ayuda. Los científicos de las universidades rusas que forman parte del Proyecto 5-100 contaron qué nuevas oportunidades puede dar el uso médico de las células madre a la humanidad.

Células madre y coronavirus

A principios de octubre, se supo que para tratar el coronavirus los médicos le prescribieron a Donald Trump un cóctel de anticuerpos antivirales, creado por la compañía Regeneron, que el mismo Presidente calificó de «maravilloso». Regeneron desarrolló este tratamiento con una línea celular llamada HEK 293, originalmente derivada de un feto abortado en 1973 en los Países Bajos. Sin embargo, las células madre en sí no forman parte del medicamento.

En el otoño de 2020, otros investigadores también declararon que era posible utilizar eficazmente las células madre para tratar la enfermedad del coronavirus SARS-CoV-2. En EEUU se presentó una solicitud para utilizar un medicamento basado en las células madre mesenquimales de tejido de cordón umbilical. Los científicos de Israel han propuesto varias opciones para tratar con las células madre la dificultad respiratoria aguda y potencialmente mortal en pacientes con COVID-19 y neumonía.

Según los científicos, las células madre mesenquimales son muy prometedoras para tratar a pacientes con COVID-19 debido a su capacidad de suprimir el sistema inmunitario hiperactivo y ayudar a reparar la insuficiencia pulmonar y otros órganos en el curso grave de la enfermedad.

¿Qué son las células madre?

Los científicos han inventado el concepto de células madre para explicar por qué los organismos vivos multicelulares que regularmente pierden ciertas células —por ejemplo, la capa protectora de la piel— siguen viviendo y tienen la misma apariencia.

Las células madre son un material de construcción universal que el organismo utiliza para regenerarse a sí mismo. Existen en el cuerpo en cualquier etapa de su desarrollo, pueden dividirse y multiplicarse, y se mantienen invariables. Si llega el momento, pueden cambiar su programa durante el proceso de división y crear células nuevas y especializadas, como las células sanguíneas o las de varios órganos, y reemplazan a las antiguas que han llegado al final de su vida útil.

La teoría de las células madre y la idea de que pueden producir descendientes especializados fue descrita en el ejemplo de las células sanguíneas en 1909 por el científico ruso Alexandr Maxímov. Pero en 1981, los investigadores estadounidenses ya comprobaron experimentalmente la existencia de las células madre embrionarias en el ejemplo de un ratón.

Según el origen de las células madre, pueden dividirse en tres grandes categorías:

* embrionarias (provenientes de placenta)

* fetales (provenientes de un feto abortado)

* posnatales (células de un organismo adulto).

Si bien las células madre de los organismos adultos tienen un potencial significativamente menor en comparación con las embrionarias y fetales y pueden producir menos tipos diferentes de células, el aspecto ético de su investigación no es objeto de importantes controversias. Algunos científicos proponen utilizar este tipo de células madre para combatir el coronavirus y la neumonía. Hoy en día, se utilizan en la ingeniería de tejidos y en el desarrollo de instrumentos individuales de diagnóstico.

Las células madre embrionarias tienen propiedades únicas. En primer lugar, pueden dividirse indefinidamente. En segundo lugar, sus descendientes pueden convertirse en cualquier célula especializada, ya sea una neurona cerebral, un hepatocito de hígado o una célula de epitelio intestinal. Solo hay que establecer el programa molecular y genético necesario.

Sin embargo, por razones éticas es imposible utilizar el material celular de embriones humanos con fines médicos o puramente científicos. En la mayoría de los países se prohíbe trabajar con este tipo de células. Por lo tanto, los biólogos tuvieron que crear alguna alternativa. En 2006, el científico japonés Shinya Yamanaka obtuvo por primera vez las células madre pluripotentes inducidas (iPSC o iPS). Por este descubrimiento fue galardonado con el Premio Nobel.

Los análogos de las células madre embrionarias pueden dar a una persona la oportunidad de regenerarse de manera artificial y de curarse de enfermedades graves. Es posible curar completamente a una persona de cáncer si se le toman las llamadas células-T, que inciden en las células tumorales, se modifican y se devuelven al organismo. Las células-T son el arma principal del organismo. Se producen de los leucocitos en la médula ósea y ayudan a identificar y eliminar las células que contienen antígenos extraños.

Tratamiento de defectos genéticos congénitos

Hoy es posible obtener análogos de las células-T a raíz de los resultados de un proyecto en el que participan científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (IFTM), de la Universidad de Guangzhou (China) y de la Universidad de Harvard (EEUU).

Además, los científicos del IFTM y del Centro Nacional de Investigación Médica de Endocrinología del Ministerio de Salud de Rusia están desarrollando, con la ayuda de análogos de las células madre, un tratamiento para pacientes con defectos genéticos que causan disfunción de la corteza suprarrenal. Esta enfermedad grave aparece desde las primeras semanas después del nacimiento y representa una seria amenaza para la vida del bebé.

«El uso de la terapia génica convencional no es suficiente en tales casos. Las células madre de la corteza suprarrenal se renuevan rápidamente, por eso la copia funcional de los genes que se utiliza está activa solo entre 8 y 12 semanas después su actividad disminuye», dijo a Sputnik el jefe del Laboratorio de la Ingeniería Genómica de IFTM, Pável Volchkov.

Para resolver este problema, los científicos del IFTM decidieron reparar el genoma no funcional editándolo. En el proceso de cirugía laparoscópica mínimamente invasiva, el sistema de edición de genes se inserta en el organismo del paciente.

Hoy en día, en las investigaciones se utilizan ratones de laboratorio, pero para resolver íntegramente el problema, es necesario realizar experimentos con genoma humano. Según los científicos, hay dos opciones posibles:

1 crear ratones con un locus humano
2 o editar el sistema in vitro.

Acelerar el crecimiento y reducir los costos

Es posible utilizar las células madre en la ingeniería de tejidos para crear tejidos y órganos para el trasplante. Los últimos logros de los científicos son un corazón humano en miniatura, un modelo del cerebro del embrión y un esófago fruto de células madre.

Los investigadores de la Universidad Estatal Immanuel Kant de Rusia están desarrollando neuronas de las células madre postnatales para el trasplante en caso de lesiones de la médula espinal, lesiones del tejido nervioso y enfermedades neurodegenerativas.

En la actualidad, para estimular la diferenciación de las células madre neuronales, los científicos añaden factores de crecimiento y fermentos en el entorno celular. Según los expertos, es un método bastante costoso que requiere mucho tiempo para diferenciar las células madre.

«Vamos a resolver este problema gracias a nuestra metodología. Los materiales como los piezopolímeros son baratos de fabricar y fáciles de usar, y la metodología en sí acelerará el proceso de convertir las células madre en un tipo específico de neuronas», dijo a Sputnik la investigadora superior del Laboratorio de Materiales Nuevos Magnéticos de la Universidad Estatal Immanuel Kant, Ekaterina Levada.

Para estimular el crecimiento celular, los científicos están desarrollando los llamados compuestos multiferroicos: partículas magnéticas diluidas en una matriz piezopolímera biocompatible. Dichos compuestos tienen una relación manifiesta entre las propiedades magnéticas y las eléctricas.

«Planeamos utilizar el nuevo material como una base activa para cultivar objetos biológicos y ejercer una influencia estimulante necesaria sobre ellos, utilizando campos magnéticos y eléctricos. Este método puede resultar más eficaz en comparación con los campos individuales», comentó a Sputnik el investigador superior de la Universidad Estatal Immanuel Kant, Abdulkárim Amírov.

Elección individual de terapia antitumoral

Se pueden utilizar las células madre postnatales tomadas de un individuo particular para crear métodos personalizados del diagnóstico de cáncer y para la detección primaria de sustancias que tienen actividad antitumoral.

Según los expertos, las células madre no solo representan el material de construcción universal de las células sanguíneas y los órganos, sino que además contribuyen al crecimiento y a la viabilidad de los tumores malignos en el cuerpo, los hacen resistentes a los medicamentos quimioterapéuticos, lo que complica enormemente el proceso del tratamiento. Los médicos y científicos se enfrentan a una tarea urgente de encontrar unos tratamientos más efectivos que puedan superar estos obstáculos.

Hoy en día, la industria farmacéutica utiliza sobre todo modelos in vitro bidimensionales, es decir, células que crecen en una superficie plana. Además, en la mayoría de los casos se utiliza sólo un tipo de células tumorales. Pero los modelos bidimensionales no tienen en cuenta la estructura tridimensional del tumor, las interacciones intercelulares complejas y, por lo tanto, no pueden dar resultados objetivos.

Científicos de todo el mundo están trabajando en nuevos modelos de enfermedades tumorales que van desde agregados 3D relativamente simples de células tumorales (esferoides) y fragmentos de tumores (organoides) hasta sofisticadas tecnologías de órganos en chip.

En el Centro científico y clínico de medicina regenerativa y de precisión del Instituto de Medicina y Biología Fundamental de la Universidad Federal de Kazán se están desarrollando sistemas de prueba especiales. Se basan en el cultivo conjunto de células madre, células tumorales e inmunitarias con la adición de una matriz extracelular especial para que las células existan en un entorno tridimensional parecido a los tejidos tumorales del organismo.

Este método permite obtener efectivamente unas estructuras tridimensionales similares a los tejidos tumorales del organismo, así como simular los procesos de metástasis y formación de resistencia a los medicamentos in vitro.

«El sistema de prueba desarrollado por los científicos también puede ser utilizado para elegir un esquema individual de quimioterapia antitumoral con células madre, células tumorales e inmunitarias del paciente», dijo el profesor de la Universidad Federal de Kazán, el profesor emérito de Medicina Fundamental de la Universidad de Nottingham, Albert Rizvanov.

El material fue preparado en el marco del Proyecto 5-100. Su objetivo es proporcionar apoyo estatal a las principales universidades de la Federación de Rusia con el fin de aumentar su competitividad en comparación con los mejores centros científicos y educativos del mundo.


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