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.

Figura 7.1. La producción de insulina en el páncreas humano. El páncreas está localizado en el abdomen, al lado del duodeno (la primera porción del intestino delgado). Una sección del páncreas muestra los islotes de Langerhans, que es la unidad funcional del páncreas endocrino. Cercado es el de las células beta que sintetiza y secreta la insulina. Las células beta se encuentran adyacentes a los vasos sanguíneos y puede responder a los cambios en la concentración de glucosa en la sangre mediante el ajuste de la producción de insulina. La insulina facilita la absorción de la glucosa, la fuente principal de combustible, en las células de los tejidos como los músculos.

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.

Al igual que el desarrollo del páncreas, células secretoras de insulina a partir de células madre embrionarias de ratón

Figura 7.2. El desarrollo de páncreas células similares a partir de células madre embrionarias de ratón. Secretoras de insulina las células madre embrionarias de ratón se derivan de la masa celular interna del embrión (blastocisto) y se cultivaron en condiciones específicas. Las células madre embrionarias (en azul) fueron ampliadas y diferenciadas. Las células con marcadores de conformidad con células de los islotes fueron seleccionados para seguir la diferenciación y caracterización. Cuando estas células (en morado) fueron cultivados en la cultura, que se formó espontáneamente en tres dimensiones clusters similares en estructura a los islotes del páncreas normal. Las células producen y secretan insulina. Como se muestra en el gráfico, el de los islotes pancreáticos-como las células mostraron un incremento en la liberación de la insulina como la concentración de glucosa de los medios de cultivo se incrementó. Cuando los islotes pancreáticos-como las células se implantaron en el hombro de ratones diabéticos, las células se vascularizado, la insulina sintetizada, y mantiene las características físicas similares a los islotes pancreáticos.

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

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