V Bermúdez1, C Cano1, M Medina1, M Ambard1, A Souki1, E Leal1, M Lemus1, S Espinoza1, H Seyfi1, J Andrade1 y F Bermúdez Arias1.
- Centro de Investigaciones Endocrino-Metabólicas «Dr. Félix Gómez». Facultad de Medicina. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.
RESUMEN
La diabetes mellitus tipo 1 es el resultado de la destrucción autoinmune de las células b de los islotes de Langerhans lo que produce deficiencia absoluta de la secreción de insulina y dependencia de la administración exógena de esta hormona. La carencia de fuentes estables de páncreas humanos para ser usados como material de transplante ha generado una intensa investigación en la búsqueda de fuentes alternas de material transplantable. Estos problemas pueden ser solucionados mediante el uso de una fuente renovable de islotes de Langerhans provenientes de la diferenciación de células madre.
Las células madre se definen como células clonigénicas capaces de auto-renovarse y diferenciarse en diferentes líneas de desarrollo. Estas células pueden expandirse in Vivo o in Vitro y diferenciarse hacia un tipo celular deseado. Diferentes tipos de células madre pueden generar muchos tipos celulares: 1) células madre embrionarias, 2) células madre fetales y 3) células madre de individuos adultos. Con métodos de diferenciación y selección in Vitro, las células madre embrionarias pueden ser guiadas hacia la diferenciación en tipos celulares específicos que luego pueden ser identificados mediante selección genética gracias a la expresión de marcadores proteicos específicos. Recientemente gracias al uso de estas técnicas se han podido generar células y agrupaciones celulares con características de islotes de Langerhans y capacidad de secretar insulina que al ser implantadas en animales diabéticos revierten la enfermedad.
La investigación a partir de células madre derivadas de individuos adultos posiblemente resuelva parte del problema ético planteado sobre el uso de células embrionarias en la investigación humana y permita en corto tiempo encontrar una solución viable para la diabetes mellitus tipo 1.
Palabras Clave: Diabetes tipo 1, Células madre y diabetes, Tratamiento.
ABSTRACT
Usually Type 1 diabetes results from autoimmune destruction of pancreatic islet ß-cells, with consequent absolute insulin deficiency and complete dependence on exogenous insulin treatment. The relative paucity of donations for pancreas or islet allograft transplantation has prompted the search for alternative sources for b-cell replacement therapy. Recent advances in molecular and cell biology may allow for the development of novel strategies for the treatment and cure of type 1 diabetes by using a renewable source of cells, such as islet cells derived from stem cells. Stem cells are defined as clonogenic cells capable of both self-renewal and multilineage differentiation. This means that these cells can be expanded in vivo or in vitro and differentiated to produce the desired cell type. There exist several sources of stem cells that have been demonstrated to give rise to pluripotent cell lines: 1) embryonic stem cells; 2) fetal stem cells; 3) adult stem cells. By using in vitro differentiation and selection protocols, embryonic stem cells can be guided into specific cell lineages and selected by applying genetic selection when a marker gene is expressed. Recently, differentiation and cell selection protocols have been used to generate embryonic stem cell-derived insulin-secreting cells that normalise blood glucose when transplanted into diabetic animals. Some recent reports suggest that functional plasticity of adult stem cells may be greater than expected. The use of adult stem cells will circumvent the ethical dilemma surrounding embryonic stem cells and will allow autotransplantation. These investigations have increased the expectations that cell therapy could be one of the solutions to diabetes.
Key Words: Type 1 diabetes, Stem cells and diabetes, Treatment.
INTRODUCCIÓN
Durante décadas se ha investigado profundamente con la finalidad de encontrar un método que reemplace las células b de los islotes de Langerhans perdidas como consecuencia de la agresión autoinmune observada en la Diabetes mellitus tipo 1 (DM1)(1).
Cada año la diabetes afecta mas personas y causa más muertes que el cáncer de mama y el SIDA juntos. Si se considera además que alrededor del 50% de los pacientes con enfermedad coronaria son diabéticos, es obvio el impacto de esta enfermedad sobre los sistemas de salud de todos los países del mundo(2).
Actualmente se considera a la diabetes como una enfermedad que compromete a múltiples sistemas como consecuencia de niveles anormalmente elevados de glucosa sanguínea, el cual es responsable de la mayoría de las complicaciones observadas en la enfermedad(3).
La diabetes tipo 1 (antiguamente denominada diabetes juvenil) afecta típicamente a niños y adultos jóvenes es producida por un ataque autoinmune contra las células b de los islotes pancreáticos que ocasiona una hiperglicemia manifiesta cuando un 80-90% de las células b han sido eliminadas(4).
Hasta el momento no se ha desarrollado ningún tratamiento efectivo que bloquee la cascada autoinmunológica e impida el desarrollo de la enfermedad durante el periodo pre-patogénico ni tampoco una manera efectiva de sustituir las células perdidas. Alternativas como al transplante pancreático, implante de islotes de Langerhans y el páncreas bioartificial no han llenado las expectativas debido al alto costo, dificultad en la obtención de un donante, morbimortalidad del procedimiento y el uso de terapia inmunosupresora de por vida(5).
No se puede negar sin embargo que desde los tiempos de Banting y Best, fecha en la que se introdujo la insulina en la práctica clínica ha habido grandes progresos en el manejo de esta condición tanto en los tipos de insulina disponibles como en las formas de administración. Así, en la actualidad se dispone insulinas humanas de origen recombinante (NPH y cristalina) así como análogos de origen recombinante de inicio de acción ultra-rápida (LisPro y AspArt) y de acción prolongada (Garline). Lamentablemente, la administración exógena de insulina dista mucho de alcanzar la extremadamente bien regulada maquinaria secretora y sensora de la célula b, que durante las 24 horas del día es capaz de producir una dosis basal precisa de insulina así como de aumentar su producción en el caso de una elevación súbita de los niveles plasmáticos de glucosa.
DESARROLLO DEL PÁNCREAS
En los mamíferos el páncreas contiene tres tipos celulares principales: las células ductales, las células acinares y las células endocrinas. Las células endocrinas producen las hormonas glucagón (células a), insulina (células b), somatostatina (células d) y polipéptido pancreático (células P), las cuales son secretadas al torrente sanguíneo con la muy especial particularidad que llegan en primer término al hígado, hecho que determina la gran influencia de éstas sobre el control de funciones metabólicas de crucial importancia como la glucogenolisis/glucogenosístesis y la glucólisis/gluconeogénesis.
Las células acinares son parte del sistema exocrino, el cual sintetiza las enzimas digestivas y las células ductales forman el sistema que conecta los acinos con los órganos digestivos.
En los seres humanos el páncreas se origina de una excrescencia del duodeno. Aparentemente las células del sistema endocrino y exocrino se originan de las células ductales embrionarias al formar acúmulos que se separan de éstas células formando ulteriormente los islotes de Langerhans. El páncreas al ser considerado como órgano completo es la combinación de una glándula acinar lobulada que forma una sección exocrina con islotes embebidos en esta superestructura.
Durante el desarrollo fetal, las nuevas células endocrinas se originan de células progenitoras en los ductos pancreáticos. Muchos investigadores en esta área sostienen que se pueden encontrar células madre de islotes intercaladas con células acinares y ductales, que son las verdaderas responsables del origen de nuevos islotes durante el desarrollo del feto(6).
Las células ductales primordiales pueden distinguirse de las de los islotes por su estructura y por los genes que cada una de ellas expresan. Por ejemplo, las células ductales expresan el gen conocido como citoqueratina-9 (CK-9). Por otro lado, la célula b expresa el gen PDX-1 que codifica una proteína que inicia la transcripción del gen de la insulina(7).
Después del nacimiento y en la vida adulta, no se conoce alguna fuente de nuevas células de los islotes, permaneciendo controversial si existen células madre de islotes en humanos adultos. Algunos investigadores sostienen que estas células madre se pueden encontrar en los ductos pancreáticos y en los mismos islotes(7,8), aunque algunas líneas de investigación soportan la idea que después del nacimiento la principal fuente de células madre es a través de la línea de células madre hematopoyéticas.
DEFINICIONES BÁSICAS UTILIZADAS EN LA TERAPIA DE CÉLULAS MADRE
Una célula madre es una célula que tiene la capacidad de dividirse indefinidamente a través de toda la vida del organismo. Las células madre son capaces de diferenciarse en muchos tipos diferentes de células siempre y cuando se mantengan bajo condiciones adecuadas y se les suministre las señales endocrinas adecuadas. De esta manera, las células madre tienen el potencial de generar células maduras y diferenciadas con funciones especializadas como células miocárdicas, células nerviosas e incluso células b, (Figura 1).
Muchos de los términos utilizados para definir una célula madre dependen de la conducta de estas células en el organismo intacto o después de su transplante in vivo o de las condiciones de cultivo en el laboratorio (in vitro).
Un óvulo fertilizado se acepta como una célula totipotencial (del latín totus = todo)) que tiene el potencial de generar todas las células de todos los tejidos que forman parte del embrión y aquellos que dan soporte al desarrollo del mismo dentro del útero como la placenta. Los mamíferos adultos (y esto incluye al hombre) poseen más de 200 tipos diferentes de células que proceden de la misma célula totipotencial: el zigoto, (Figura 2).
La mayoría de los investigadores usan el término pluripotencial (del latín plures = muchos) para describir células madre que pueden dar origen a cualquier célula de las tres capas germinales embrionarias: Endodermo, mesodermo y ectodermo, las cuales originan todas las células del organismo. En conclusión, estas células tienen el potencial de originar cualquier tipo de célula, una propiedad observada de manera natural en el curso del desarrollo del embrión y bajo ciertas condiciones de laboratorio.
Célula madre unipotencial es un término que se refiere a una célula de un organismo adulto que solo puede generar células hijas que se diferencian a lo largo de una sola línea celular, tal como su nombre lo refiere (del latín unus = uno). La mayoría de las células madre de un tejido específico que no ha sufrido ningún tipo de agresión o daño son del tipo unipotencial y son las responsables del estado estacionario de auto-renovación tisular, donde la cantidad de células perdidas es igual al número de nuevas células. Sin embargo, si el tejido es alterado en su estructura básica a través de un fenómeno lesivo y se requiere de diversos tipos celulares para su reparación se pueden activar células del tipo pluripotencial para reparar el daño.
Las células madre embrionarias que son utilizadas en los estudios actuales se derivan de la masa celular interna embriones en la fase de blastocisto antes de su implantación en el útero, (Figura 3). Estas células madre embrionarias son por definición pluripotenciales y pueden dar origen a cualesquiera de las células de las tres capas germinales (Tabla 1).
Las células madre de los organismos adultos es una célula indiferenciada (no especializada) que se encuentra en un tejido diferenciado (especializado) que tiene la capacidad de auto-renovarse de por vida y de generar cualquier célula del tejido donde se encuentra. Se han encontrado muchas fuentes tisulares de células madre en organismos adultos como por ejemplo médula ósea, torrente circulatorio, córnea, retinal, pulpa dental, hígado, piel, tracto gastrointestinal y páncreas. A diferencia de las células madre embrionarias, hasta la fecha no se ha aislado ninguna célula madre de individuos adultos que sean capaces de formar todas las células del cuerpo, es decir, que sean pluripotenciales o totipotenciales, (Figuras 4 y 5).
Figura 1: Utilidad de las células madre en la investigación y en el tratamiento de patologías humanas
