7. Células madre y diabetes
La diabetes se cobra su peaje en muchos americanos, jóvenes y viejos. Durante
años, los investigadores han diseccionado minuciosamente esta
complicada enfermedad causada por la destrucción de las células de los
islotes productores de insulina del páncreas. A
pesar del progreso en la comprensión de los mecanismos de la enfermedad
subyacente de la diabetes, todavía hay una escasez de terapias
eficaces. Durante
años los investigadores han estado haciendo lento, pero constante, los
avances en las estrategias experimentales para el trasplante de páncreas
y el reemplazo de células de islote. Ahora,
los investigadores han centrado su atención en las células madre
adultas que parecen ser los precursores de las células de los islotes y
las células madre embrionarias que producen insulina.
Introducción
Durante décadas, los investigadores de diabetes han estado buscando
formas de reemplazar las células productoras de insulina del páncreas
que son destruidas por el propio sistema inmune del paciente. Ahora parece que esto puede ser posible. Cada año, la diabetes afecta a más personas y causa más muertes que el cáncer de mama y el SIDA combinados. La diabetes es la séptima causa de muerte en los Estados Unidos en la actualidad, con cerca de 200.000 muertes cada año.
La Asociación Americana de Diabetes estima que casi 16 millones de
personas, o un 5,9 por ciento de la población de los Estados Unidos,
actualmente tiene diabetes.
La diabetes es en realidad un grupo de enfermedades caracterizadas por
niveles anormalmente altos de la glucosa de azúcar en la sangre.
Este exceso de glucosa es responsable de la mayoría de las
complicaciones de la diabetes, que incluyen la ceguera, insuficiencia
renal, cardiopatías, accidentes cerebrovasculares, neuropatía y
amputación. La diabetes tipo 1, también conocida como diabetes juvenil, por lo general afecta a niños y adultos jóvenes.
La diabetes se desarrolla cuando el sistema inmunológico del cuerpo ve
sus propias células como extrañas y las ataca y las destruye. Como resultado, las células de los islotes del páncreas, que normalmente producen insulina, son destruidas. En ausencia de insulina, la glucosa no puede entrar en la célula y la glucosa se acumula en la sangre.
La diabetes tipo 2, también llamada diabetes del adulto, tiende a
afectar a las personas mayores, sedentarias y con sobrepeso con un
historial familiar de diabetes. La diabetes tipo 2 ocurre cuando el cuerpo no puede utilizar la insulina eficazmente.
Esto se llama resistencia a la insulina y el resultado es el mismo que
con la diabetes tipo 1, una acumulación de glucosa en la sangre.
Actualmente no hay cura para la diabetes.
Las personas con diabetes tipo 1 deben tomar insulina varias veces al
día y poner a prueba su concentración de glucosa en sangre tres o cuatro
veces al día durante toda su vida.
Monitoreo frecuente es importante porque los pacientes que mantienen
sus concentraciones de glucosa en sangre lo más cerca posible de lo
normal puede reducir significativamente muchas de las complicaciones de
la diabetes, tales como la retinopatía (enfermedad de los vasos
sanguíneos pequeños del ojo que puede conducir a la ceguera) y el
corazón enfermedad, que tienden a evolucionar con el tiempo.
Las personas con diabetes tipo 2 a menudo pueden controlar sus
concentraciones de glucosa en sangre a través de una combinación de
dieta, ejercicio y medicamentos orales.
La diabetes tipo 2 a menudo progresa hasta el punto de que la terapia
con insulina sólo el control de las concentraciones de glucosa en la
sangre.
Cada año, aproximadamente 1.300 personas con diabetes tipo 1 reciben de todo el órgano de trasplantes de páncreas.
Después de un año, el 83 por ciento de estos pacientes, en promedio, no
tienen síntomas de diabetes y no tienen que tomar insulina para
mantener las concentraciones normales de glucosa en la sangre. Sin embargo, la demanda de páncreas trasplantables supera su disponibilidad.
Para evitar que el cuerpo rechace el trasplante de páncreas, los
pacientes deben tomar medicamentos potentes que suprimen el sistema
inmunitario durante toda su vida, un régimen que los hace susceptibles a
una serie de otras enfermedades. Muchos hospitales no se realiza un trasplante de páncreas a menos que el paciente también necesita un trasplante de riñón.
Esto es así porque el riesgo de infección debido a la terapia
inmunosupresora puede ser una amenaza para la salud mayor que la propia
diabetes.
Sin embargo, si un paciente está recibiendo un transplante de riñón y
requiere medicamentos inmunosupresores de todos modos, muchos hospitales
se realiza el trasplante de páncreas.
En los últimos años, los médicos han tratado de curar la diabetes
mediante la inyección de los pacientes con células de los islotes
pancreáticos, las células del páncreas que secretan insulina y otras
hormonas.
Sin embargo, el requisito de que la terapia con esteroides
inmunosupresores para evitar el rechazo de las células, aumenta la
demanda metabólica en células productoras de insulina y, eventualmente,
se puede agotar su capacidad de producir insulina.
El efecto deletéreo de los esteroides es mayor para los trasplantes de
células de los islotes que para todo el trasplantes de órganos.
Como resultado, menos del 8 por ciento de los trasplantes de células de
los islotes realizado antes del año pasado había sido un éxito.
Más recientemente, James Shapiro y sus colegas en Edmonton, Alberta,
Canadá, han desarrollado un protocolo experimental para el trasplante de
células islote que implica el uso de una cantidad mucho mayor de
células de los islotes y un tipo diferente de tratamiento
inmunosupresor. En un estudio reciente, señalan que la [ 17
], siete de los siete pacientes que recibieron trasplantes de células
de los islotes que ya no necesita tomar insulina, y sus concentraciones
de glucosa en sangre era normal un año después de la cirugía. El éxito del Protocolo de Edmonton está siendo probado en 10 centros de todo el mundo.
Si el éxito del Protocolo de Edmonton se puede duplicar, aún quedan
muchos obstáculos en el uso de este enfoque a gran escala para tratar la
diabetes. En primer lugar, tejido de un donante no está fácilmente disponible.
Células de los islotes utilizados en los trasplantes se obtienen a
partir de cadáveres, y el procedimiento requiere al menos dos cadáveres
por trasplante.
Las células islote se inmunológicamente compatibles, y el tejido debe
estar recién obtenido, dentro de las ocho horas de la muerte.
Debido a la escasez de donantes de órganos, estos requisitos son
difíciles de cumplir y la lista de espera se espera que sobrepase con
mucho tejido disponible, especialmente si el procedimiento se convierte
en ampliamente aceptados y disponibles.
Además, los receptores de trasplante de células islote frente a la vida
de la terapia inmunosupresora, lo que los hace susceptibles a otras
infecciones y enfermedades graves.
El desarrollo del páncreas
Antes de hablar de terapias basadas en células para la diabetes, es importante entender cómo se desarrolla el páncreas.
En los mamíferos, el páncreas contiene tres clases de tipos de células:
las células ductales, las células acinares y las células endocrinas.
Las células endocrinas producen hormonas que el glucagón, la
somatostatina, polipéptido pancreático (PP), y la insulina, que son
secretadas al torrente sanguíneo y ayudar al cuerpo a regular el
metabolismo del azúcar.
Las células acinares son parte del sistema exocrino, que fabrica las
enzimas digestivas, y las células ductales de los conductos
pancreáticos, que conectan las células acinares a los órganos
digestivos.
En los seres humanos, el páncreas se desarrolla como una consecuencia del duodeno, una parte del intestino delgado.
Las células exocrinas tanto del sistema de las células acinares y del
sistema endocrino-el islote células parecen originarse en las células
ductales durante el desarrollo.
Durante el desarrollo de estas células endocrinas salir de los
conductos pancreáticos y forman agregados que eventualmente forman lo
que se conoce como islotes de Langerhans.
En los seres humanos, hay cuatro tipos de células de los islotes, las
células beta productoras de insulina, las células alfa, que producen
glucagón, las células delta, que secretan somatostatina y las células
PP-, que producen polipéptido pancreático.
Las hormonas liberadas de cada tipo de células de los islotes tienen un
papel en la regulación de hormonas que se liberan a partir de otras
células de los islotes.
En el páncreas humano, del 65 al 90 por ciento de las células de los
islotes son las células beta, de 15 a 20 por ciento son las células
alfa, de 3 a 10 por ciento son las células delta, y uno por ciento son
las células PP. Las células acinares forman pequeños lóbulos contiguos con los conductos (véase la Figura 7.1. producción de insulina en el páncreas humano ).
El páncreas resultante es una combinación de una glándula lobulada,
acinar ramificada que forma el páncreas exocrino, y, incrustado en la
glándula acinar, los islotes de Langerhans, que constituyen el páncreas
endocrino.
(© 2001 Terese Winslow, Lydia Kibiuk)
Durante el desarrollo fetal, las células nuevas endocrino parecen surgir de células progenitoras en los conductos pancreáticos.
Muchos investigadores sostienen que algún tipo de células madre de
islotes se encuentran mezclados con células ductales durante el
desarrollo fetal y que estas células madre dan lugar a nuevas células
endocrinas como el feto se desarrolla. Células ductales pueden distinguirse de las células endocrinas por su estructura y por los genes que expresan. Por ejemplo, las células ductales suelen expresar un gen conocido como citoqueratina-9 (CK-9), que codifica una proteína estructural. Las células beta de los islotes, por otro lado, expresan un gen llamado PDX-1 , que codifica una proteína que inicia la transcripción del gen de la insulina. Estos genes, llamados marcadores de células, son útiles en la identificación de los tipos particulares de células.
Después del nacimiento y la edad adulta, la fuente de nuevas células de
los islotes no está claro, y hay cierta polémica sobre si las células
madre adultas existen en el páncreas.
Algunos investigadores creen que los islotes de células madre-como las
células se pueden encontrar en los conductos pancreáticos, e incluso en
los propios islotes.
Otros sostienen que las células ductales pueden diferenciarse en
células precursoras de los islotes, mientras que otros sostienen que las
nuevas células islote se derivan de las células madre en la sangre.
Los investigadores están utilizando varios métodos para aislar y
cultivar células madre o células de los islotes precursor del tejido
pancreático fetal y adulta.
Además, varios estudios nuevos y prometedores indican que las células
productoras de insulina puede ser cultivado a partir de líneas de
células madre.
Desarrollo de terapias basadas en células para la diabetes
En el desarrollo de una terapia potencial para los pacientes con
diabetes, los investigadores esperan desarrollar un sistema que cumpla
con varios criterios. Idealmente, las células madre deben ser capaces de multiplicarse en cultivo y se reproducen con exactitud. Es decir, las células deben ser auto-renovación. Las células madre también debe ser capaz de diferenciar in vivo para producir el tipo deseado de la célula.
Para la terapia de la diabetes, no está claro si será conveniente
producir sólo las células-las células beta del islote que fabrican la
insulina, o si otros tipos de células de los islotes pancreáticos son
también necesarias.
Los estudios realizados por Bernat Soria y sus colegas, por ejemplo,
indican que las células beta-las aisladas cultivadas en ausencia de los
otros tipos de células de los islotes, son menos sensibles a los cambios
en la concentración de glucosa en los islotes de grupos intactos
compone de todos los tipos de células de los islotes.
Grupos de células de los islotes suelen responder a los más altos de lo
normal, las concentraciones de glucosa por la liberación de insulina en
dos fases: una rápida liberación de altas concentraciones de insulina y
una liberación más lenta de las concentraciones más bajas de insulina. De esta manera, las células beta pueden ajustar su respuesta a la glucosa.
Concentraciones muy altas de glucosa pueden necesitar más insulina que
se libera rápidamente, mientras que las concentraciones intermedias de
la glucosa puede ser manejado por un equilibrio de la insulina rápida y
lenta en libertad.
Las células beta aisladas, así como grupos de islotes con una menor de
lo normal cantidades de células no beta, no la liberación de insulina de
esta manera bifásica.
En su lugar la insulina se libera en forma de todo o nada, sin puesta a
punto para concentraciones intermedias de la glucosa en la sangre [ 5 , 18 ].
Por lo tanto, muchos investigadores creen que será preferible
desarrollar un sistema en el que los tipos de madre o células
precursoras pueden ser cultivadas para producir todas las células del
islote del cluster con el fin de generar una población de células que
serán capaces de coordinar la liberación de la cantidad adecuada de
insulina para las concentraciones fisiológicamente relevantes de la
glucosa en la sangre.
Tejido fetal como fuente de células de los islotes
Varios grupos de investigadores están investigando el uso de tejido
fetal como una fuente potencial de células progenitoras de los islotes.
Por ejemplo, el uso de ratones, los investigadores han comparado el
contenido de insulina de los implantes de varias fuentes de células
madre de tejido fresco-pancreático humano fetal, purificada islotes
humanos, y el tejido del islote cultivadas [ 2 ]. Ellos encontraron que el contenido de insulina fue inicialmente mayor en el tejido fresco e islotes purificados.
Sin embargo, con el tiempo, la concentración de insulina disminuyó en
los injertos de tejido conjunto, mientras que se mantuvo igual en los
injertos de islotes purificados. Cuando islotes cultivados fueron implantados, sin embargo, su contenido de insulina, el aumento en el transcurso de tres meses.
Los investigadores concluyeron que las células precursoras dentro de
los islotes cultivados fueron capaces de proliferar (continuar para
replicar) y diferenciarse (especializarse) en funcionamiento del tejido
del islote, sino que las células de los islotes purificados (ya
diferenciadas) no podía seguir proliferan cuando se injertan.
Es importante destacar que, según los investigadores, sin embargo, que
también fue difícil para expandir los cultivos de células de los islotes
fetales progenitor en la cultura [ 7 ].
Tejido adulto como fuente de células de los islotes
Muchos investigadores se han centrado en el cultivo de células de los
islotes a partir de cadáveres humanos adultos para su uso en el
desarrollo de materiales trasplantables.
Aunque las células beta son difíciles de diferenciar a proliferar y la
cultura, algunos investigadores han tenido éxito en las células de
ingeniería, para hacer esto.
Por ejemplo, Fred Levine y sus colegas en la Universidad de California,
San Diego, han diseñado células de los islotes aislados de cadáveres
humanos, añadiendo a las células de ADN los genes especiales que estimulan la proliferación celular.
Sin embargo, debido a las líneas celulares de tal manera que una vez
que pueden proliferar en cultivo se han establecido, ya no producen
insulina.
Las líneas celulares son aún más para expresar el gen de células de los
islotes beta, PDX-1, que estimula la expresión del gen de la insulina.
Estas líneas celulares se ha demostrado que se propagan en la cultura y
pueden ser inducidas a diferenciarse en células que producen insulina. Cuando se trasplantan a ratones inmunodeficientes, las células secretan insulina en respuesta a la glucosa.
Los investigadores están investigando si estas células revertir la
diabetes en un modelo experimental para la diabetes en ratones [ 6 , 8 ].
Estos investigadores informan de que estas células no producen insulina
tanto como islotes normal, pero está dentro de un orden de magnitud.
El principal problema en el tratamiento de estas células es mantener el
delicado equilibrio entre el crecimiento y la diferenciación.
Las células que proliferan y no producen suficiente insulina de manera
eficiente, y los que producen la insulina no proliferan bien.
Según los investigadores, el problema principal es desarrollar la
tecnología para ser capaces de crecer a un gran número de estas células
que se producen y reproducen las cantidades normales de insulina [ 9 ].
Otra prometedora fuente de células progenitoras de los islotes se
encuentra en las células que recubren los conductos pancreáticos.
Algunos investigadores creen que son multipotentes (capaces de formar
células de la capa germinal más de uno) las células madre se mezclan con
las células maduras, diferenciadas del conducto, mientras que otros
creen que las células de los conductos se puede experimentar una
diferenciación o una reversión a un tipo menos maduros de celular, que a
su vez pueden diferenciarse en una célula del islote productoras de
insulina.
Susan Bonner-Weir y sus colegas reportaron el año pasado que cuando las
células aisladas de tejido ductal pancreático humano adulto se
cultivaron, que pueden ser inducidas a diferenciarse en grupos que
contenían tanto ductal y las células endocrinas.
En el transcurso de tres a cuatro semanas en cultivo, las células
secretan pequeñas cantidades de insulina cuando están expuestos a bajas
concentraciones de glucosa, y una mayor cantidad de insulina cuando
están expuestos a concentraciones de glucosa más altos.
Los investigadores han determinado por análisis de inmunoquímica y
ultraestructurales que estos cúmulos contienen todas las células
endocrinas del islote [ 4 ].
Bonner-Weir y sus colegas están trabajando con cultivos celulares
primarios de células de los conductos y no han establecido líneas de
células que pueden crecer indefinidamente. Sin embargo, las células se pueden expandir.
Según los investigadores, podría ser posible, en principio, para hacer
una biopsia y extirpar las células del conducto de un paciente y luego
la proliferación de las células en cultivo y dar la espalda a su
paciente islotes propios.
Esto trabajar con los pacientes que tienen diabetes tipo 1 y que
carecen de funcionamiento de las células beta, pero sus células de los
conductos se mantienen intactos.
Sin embargo, la destrucción autoinmune seguiría siendo un problema y
potencialmente conducir a la destrucción de estas células trasplantadas [
3 ].
Los diabéticos tipo 2 podrían beneficiarse de los trasplantes de
células expandidas de sus propias células de los conductos, ya que no se
necesita ninguna inmunosupresión.
Sin embargo, muchos investigadores creen que si hay un componente
genético en la muerte de las células beta, entonces las células beta
derivados de las células ductales de la misma persona también sería
susceptible a un ataque autoinmune.
Algunos investigadores cuestionan si las células ductales son de hecho
sometidos a una desdiferenciación o si un subconjunto de los
progenitores como la madre o el islote de llenar los conductos
pancreáticos y puede ser co-cultivadas junto con las células ductales.
Si las células ductales se mueren, pero la proliferación de los
precursores de los islotes, es posible que las células precursoras de
los islotes puede alcanzar las células ductales de la cultura y hacer
que parezca que las células ductales son dedifferentiating en células
madre.
De acuerdo con Bonner-Weir, tanto a las células indiferenciadas ductal y
células de los islotes progenitor puede producirse en los conductos
pancreáticos.
Ammon Peck de la Universidad de Florida, Vijayakumar Ramiya de Biotecnología Ixión en Gainesville, Florida, y sus colegas [ 13 , 14 ] también han células cultivadas a partir de los conductos pancreáticos de los seres humanos y ratones.
El año pasado, se informó que de páncreas ductal células epiteliales de
ratones adultos pueden ser cultivadas para producir islotes como las
estructuras similares a la agrupación de células que se encuentran por
Bonner-Weir.
Utilizando una serie de marcadores de células de los islotes, se
identificaron las células que producen insulina, el glucagón, la
somatostatina y el polipéptido pancreático. Cuando las células fueron implantadas en ratones diabéticos, la diabetes se revirtió.
Joel Habener también ha estudiado las células madre de islotes pancreáticos como de tejido adulto.
Él y sus colegas han descubierto una población de células madre como en
los de los islotes del páncreas adulto y los conductos pancreáticos.
Estas células no expresan el marcador típico de las células ductales,
por lo que es poco probable que las células ductales, de acuerdo con
Habener. Por el contrario, expresan un marcador llamado nestina, que se encuentra normalmente en el desarrollo de células nerviosas. Las células nestina positivas no expresan marcadores típicamente se encuentran en células de los islotes maduros.
Sin embargo, dependiendo de los factores de crecimiento agregado, las
células pueden diferenciarse en diferentes tipos de células, incluyendo
el hígado, el páncreas neural, exocrinas y endocrinas del páncreas, a
juzgar por los indicadores que expresan, y se pueden mantener en cultivo
durante un máximo de ocho meses [ 20 ].
Células Madre Embrionarias
El descubrimiento de métodos para aislar y cultivar células madre
embrionarias humanas en 1998 renovó las esperanzas de los médicos,
investigadores y pacientes con diabetes y sus familias que una cura para
la diabetes tipo 1, y tal vez la diabetes tipo 2, así, puede ser a
corta distancia.
En teoría, las células madre embrionarias podrían ser cultivadas y
engatusado en desarrollo en las células productoras de insulina de los
islotes del páncreas.
Con un suministro de células madre cultivadas en la mano, la teoría es
que una línea de células madre embrionarias podría ser grande como sea
necesario para cualquiera que necesite un trasplante. Las células podrían ser diseñados para evitar el rechazo inmunológico.
Antes del trasplante, que podría ser colocado en el material no
inmunogénicas de modo que no sería rechazado y el paciente podría evitar
los efectos devastadores de las drogas inmunosupresoras.
También hay alguna evidencia de que las células diferenciadas derivadas
de células madre embrionarias podría ser menos probable que causen
rechazo inmunológico (ver el Capítulo 10. Evaluación de la seguridad humana de células madre ).
A pesar de tener una fuente renovable de células productoras de
insulina para el trasplante en seres humanos puede ser un largo camino,
los investigadores han realizado progresos notables en su búsqueda de la
misma.
Mientras que algunos investigadores han seguido la investigación sobre
células madre embrionarias, los investigadores se han centrado en
productoras de insulina, las células precursoras que se encuentran
naturalmente en los tejidos adultos y fetales.
Desde su descubrimiento hace tres años, varios equipos de
investigadores han estado investigando la posibilidad de que células
madre embrionarias humanas podría ser desarrollado como una terapia para
el tratamiento de la diabetes.
Estudios recientes en ratones muestran que las células madre
embrionarias pueden ser inducidas a diferenciarse en células productoras
de insulina beta, y los nuevos informes indican que esta estrategia
puede ser posible usar células de embriones humanos también.
El año pasado, investigadores de España informó de utilizar células
madre embrionarias de ratones que fueron diseñados para permitir a los
investigadores para seleccionar las células que se diferencian en
células productoras de insulina [ 19 ].
Bernat Soria y sus colegas de la Universidad Miguel Hernández de San
Juan, Alicante, España, añadió el ADN que contiene parte del gen de la
insulina a las células embrionarias de ratones. El gen de la insulina se relacionó con otro gen que hizo que los ratones resistentes a un antibiótico.
Al cultivar las células en presencia de un antibiótico, sólo las
células que se activa el promotor de la insulina fueron capaces de
sobrevivir. Las células fueron clonadas y cultivadas bajo condiciones variables.
Las células cultivadas en presencia de bajas concentraciones de glucosa
en la diferencia y fueron capaces de responder a los cambios en la
concentración de glucosa mediante el aumento de la secreción de insulina
casi siete veces.
Luego, los investigadores implantaron las células en el bazo de ratones
diabéticos y encontró que los síntomas de la diabetes se revirtió.
Manfred Ruediger de Cardion, Inc., en Erkrath, Alemania, está
utilizando el enfoque desarrollado por Soria y sus colegas para
desarrollar células productoras de insulina humana derivados de las
células madre embrionarias. Al usar este método, las células no productoras de insulina se mató y sólo células productoras de insulina debe sobrevivir. Esto es importante para asegurar que las células no diferenciadas no son implantados que podrían dar lugar a tumores [ 15 ].
Sin embargo, algunos investigadores creen que será importante para el
ingeniero de sistemas en el que todos los componentes de un islote
pancreático funcionamiento se les permite desarrollarse.
Recientemente Ron McKay y sus colegas describieron una serie de
experimentos en los que indujeron a las células embrionarias de ratón a
diferenciarse en estructuras secretoras de insulina que se asemejaba a
los islotes pancreáticos [ 10 ].
McKay y sus colegas comenzaron con células madre embrionarias y dejar
que ellos se forman los cuerpos-una embrioides agregado de células que
contiene las tres capas germinales embrionarias. A continuación, selecciona una población de células de los cuerpos embrioides que expresa el marcador neural nestina (ver Apéndice B. ratón células madre embrionarias ).
Usando una sofisticada técnica de cinco etapas de cultivo, los
investigadores fueron capaces de inducir a las células para formar
islotes como las agrupaciones que se parecía a las que se encuentran en
los islotes pancreáticos de origen.
Las células respondieron a las concentraciones normales de glucosa por
la secreción de insulina, aunque las cantidades de insulina fueron más
bajos que los secretada por células de los islotes normales (véase la Figura 7.2. Desarrollo de la igual-páncreas células secretoras de insulina a partir de células madre embrionarias de ratón ). Cuando las células fueron inyectadas en ratones diabéticos, sobrevivieron, aunque no revertir los síntomas de la diabetes.
(© 2001 Terese Winslow, Caitlin Duckwall)
De acuerdo con McKay, este sistema es único en el que las células
embrionarias forman un islote pancreático funcionamiento, con todos los
principales tipos de células.
Las células islote se ensamblan para formar estructuras similares que
contienen una capa, que contiene las neuronas, y es similar a los
islotes del páncreas intacto [ 11 ].
Varios grupos de investigación están tratando de aplicar los resultados
de McKay con ratones para inducir a las células madre embrionarias a
diferenciarse en islotes que producen insulina.
La investigación reciente también ha proporcionado más evidencias de
que las células embrionarias humanas pueden transformarse en células que
pueden y de hecho producen la insulina.
El año pasado, Melton, Nissim Benvinisty de la Universidad Hebrea de
Jerusalén, y Josef Itskovitz-Eldor del Technion en Haifa, Israel,
informó que las células madre embrionarias pueden ser manipuladas en la
cultura para expresar el gen PDX-1, un gen que controla la transcripción
de la insulina [ 16 ].
En estos experimentos, los investigadores cultivaron células madre de
embriones humanos y permitió que se forman espontáneamente cuerpos
embrioides (grupos de células madre embrionarias compuesto de muchos
tipos de células a partir de las tres capas germinales). Los cuerpos embrioides fueron tratados con varios factores de crecimiento, incluyendo el factor de crecimiento nervioso.
Los investigadores encontraron que los dos cuerpos sin tratar
embrioides y los tratados con factor de crecimiento nervioso expresado
PDX-1. Las células madre embrionarias antes de la formación de los cuerpos embrioides agregados no expresó PDX-1.
Debido a que la expresión del gen PDX-1 se asocia con la formación de
las células beta de los islotes, estos resultados sugieren que las
células beta de los islotes puede ser uno de los tipos de células que de
forma espontánea se diferencian en los cuerpos embrioides.
Los investigadores ahora creen que el factor de crecimiento del nervio
puede ser una de las señales clave para inducir la diferenciación de las
células beta de los islotes, y puede ser explotado para la
diferenciación directa en el laboratorio.
Como complemento de estos resultados es el trabajo realizado por Jon
Odorico, de la Universidad de Wisconsin en Madison con células
embrionarias humanas de la misma fuente.
En los resultados preliminares, se ha demostrado que las células madre
embrionarias pueden diferenciarse y expresar el gen de la insulina [ 12 ].
Más recientemente, Itskovitz-Eldor y sus colegas Technion caracteriza
además células productoras de insulina en los cuerpos embrioides [ 1 ].
Los investigadores encontraron que las células madre embrionarias que
se permitió que se forman espontáneamente cuerpos embrioides contenía un
porcentaje significativo de las células que expresan la insulina.
Sobre la base de la unión de anticuerpos a la proteína de la insulina,
Itskovitz-Eldor estima que 1 a 3 por ciento de las células en los
cuerpos embrioides son productoras de insulina de las células beta de
los islotes.
Los investigadores también encontraron que las células en los cuerpos
embrioides expresar GLUT-2 y la glucoquinasa islote específicos, genes
importantes para la función celular beta y la secreción de insulina.
Aunque los investigadores no midieron la respuesta en función del
tiempo a la glucosa, encontraron que las células cultivadas en presencia
de insulina la glucosa secretan al medio de cultivo.
Los investigadores concluyeron que los cuerpos embrioides contienen un
subconjunto de células que parecen funcionar como células beta y que la
refinación de las condiciones de cultivo pueden producir pronto un
método viable para inducir la diferenciación de las células beta y,
posiblemente, los islotes pancreáticos.
En conjunto, estos resultados indican que el desarrollo de un sistema
humano de células madre embrionarias que pueden ser inducidas a
diferenciarse en funcionamiento islotes productoras de insulina puede
ser pronto posible.
Direcciones futuras
En última instancia, la diabetes tipo 1 puede resultar especialmente
difícil de curar, porque las células son destruidas cuando el cuerpo del
propio sistema inmunitario ataca y las destruye.
Esta autoinmunidad debe ser superada si los investigadores esperan usar
las células transplantadas para reemplazar a los dañados.
Muchos investigadores creen que al menos al principio, la terapia
inmunosupresora similar a la utilizada en el protocolo de Edmonton será
beneficioso.
Una ventaja potencial de las células embrionarias es que, en teoría,
podrían ser modificadas para expresar los genes apropiados que les
permitan escapar o reducir la detección por el sistema inmune.
Otros han sugerido que una tecnología se deben desarrollar para
encapsular o incorporar células de los islotes procedentes de madre de
islotes o células progenitoras en un material que permita a las pequeñas
moléculas tales como la insulina pase libremente, pero no permiten la
interacción entre las células de los islotes y las células de el sistema
inmunológico.
Tales células encapsuladas pueden secretar insulina en el torrente
sanguíneo, pero siguen siendo inaccesibles para el sistema inmunológico.
Antes de cualquier tratamiento basado en células para tratar la
diabetes que hace a la clínica, muchos problemas de seguridad deben ser
abordados (ver el Capítulo 10. Evaluación de la seguridad humana de células madre ).
Una consideración importante es si cualquier precursor o madre-como las
células trasplantadas en el cuerpo podría volver a un estado más
pluripotentes e inducen la formación de tumores. Estos riesgos aparentemente sería menor si las células completamente diferenciadas se utilizan en el trasplante.
Pero antes de cualquier tipo de precursor de los islotes humanos de las
células puede ser utilizado terapéuticamente, una fuente renovable de
células madre humanas se deben desarrollar.
Aunque muchas células progenitoras se han identificado en los tejidos
adultos, algunas de estas células pueden ser cultivadas por varias
generaciones.
Las células madre embrionarias tienen más futuro para la generación de
líneas celulares que estén libres de contaminantes y que pueden auto
renovarse.
Sin embargo, la mayoría de investigadores coinciden en que hasta una
fuente de utilidad terapéutica de las células de los islotes humanos se
desarrolla, todas las líneas de investigación deben ser exhaustivamente
investigados, incluyendo fuentes adultas y embrionarias de tejido.
Referencias
- Assady, S., Maor, G., Amit, M., Itskovitz Eldor, J., Skorecki, KL, y Tzukerman, M. (2001). La producción de insulina por las células madre embrionarias. Diabetes. 50. http://www.diabetes.org/Diabetes_Rapids/Suheir_Assady_ 06282001.pdf
- Beattie, GM, Otonkoski, T., López, AD, y Hayek, A. (1997). Funcionales masa de células beta después de un trasplante de células humanas de páncreas fetal: diferenciación y la proliferación? Diabetes. 46, 244-248.
- Bonner-Weir, S., comunicación personal.
- Bonner-Weir, S., Taneja, M., Weir, GC, Tatarkiewicz, K., Song, KH, Sharma, A., and O'Neil, JJ (2000). In vitro cultivation of human islets from expanded ductal tissue. Proc. Natl. Acad. Ciencia. USA 97, 7999–8004.
- Bosco, D. and Meda, P. (1997). Reconstructing islet function in vitro . Adv. Exp. Medicina Biol. 426, 285–298.
- Dufayet de la Tour, D., Halvorsen, T., Demeterco, C., Tyrberg, B., Itkin-Ansari, P., Loy, M., Yoo, SJ, Hao, S., Bossie, S., and Levine, F. (2001). B-cell differentiation from a human pancreatic cell line in vitro and in vivo . Mol. Endocrinol. 15, 476–483.
- Hayek, A., personal communication.
- Itkin-Ansari, P., Demeterco, C., Bossie, S., Dufayet de la Tour, D., Beattie, GM, Movassat, J., Mally, MI, Hayek, A., and Levine, F. (2001). PDX-1 and cell-cell contact act in synergy to promote d-cell development in a human pancreatic endocrine precursor cell line. Mol. Endocrinol. 14, 814–822.
- Levine, F., personal communication.
- Lumelsky, N., Blondel, O., Laeng, P., Velasco, I., Ravin, R., and McKay, R. (2001). Differentiation of Embryonic Stem Cells to Insulin-Secreting Structures Similiar to Pancreatic Islets. Science. 292, 1389–1394.
- McKay, R., personal communication
- Odorico, JS, personal communication.
- Peck, A., personal communication.
- Ramiya, VK, personal communication.
- Ruediger, M., personal communication.
- Schuldiner, M., Yanuka, O., Itskovitz-Eldor, J., Melton, D., and Benvenisty, N. (2000). Effects of eight growth factors on the differentiation of cells derived from human embryonic stem cells. Proc. Natl. Acad. Ciencia. USA 97, 11307–11312.
- Shapiro, J., Lakey, JRT, Ryan, EA, Korbutt, GS, Toth, E., Warnock, GL, Kneteman, NM, and Rajotte, RV (2000). Islet transplantation in seven patients with type 1 diabetes mellitus using a glucocorticoid-free immunosuppressive regimen. N. Engl. J. Med. 343, 230–238.
- Soria, B., Martin, F., Andreu, E., Sanchez-Andrés, JV, Nacher, V., and Montana, E. (1996). Diminished fraction of blockable ATP-sensitive K+ channels in islets transplanted into diabetic mice. Diabetes. 45, 1755–1760.
- Soria, B., Roche, E., Berná, G., Leon-Quinto, T., Reig, JA, and Martin, F. (2000). Insulin-secreting cells derived from embryonic stem cells normalize glycemia in streptozotocininduced diabetic mice. Diabetes. 49, 157–162.
- Zulewski, H., Abraham, EJ, Gerlach, MJ, Daniel, PB, Moritz, W., Muller, B., Vallejo, M., Thomas, MK, and Habener, JF (2001). Multipotential nestin-positive stem cells isolated from adult pancreatic islets differentiate ex vivo into pancreatic endocrine, exocrine, and hepatic phenotypes. Diabetes. 50, 521–533.
Historical content: June 17, 2001
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