3.6: Diferenciación celular (2023)

Objetivos de aprendizaje

• Discutir cómo las células generalizadas de un embrión en desarrollo o las células madre de un organismo adulto se diferencian en células especializadas
• Distinguir entre las categorías de células madre

Células Madre

Una célula madre es una célula no especializada que puede dividirse sin límite según sea necesario y puede, en condiciones específicas, diferenciarse en células especializadas. Las células madre se dividen en varias categorías según su potencial para diferenciarse.

Las primeras células embrionarias que surgen de la división del cigoto son las últimas células madre; estas células madre se describen como totipotentes porque tienen el potencial de diferenciarse en cualquiera de las células necesarias para permitir que un organismo crezca y se desarrolle.

Las células embrionarias que se desarrollan a partir de células madre totipotentes y son precursoras de las capas fundamentales de tejido del embrión se clasifican como pluripotentes. Una célula madre pluripotente es aquella que tiene el potencial de diferenciarse en cualquier tipo de tejido humano pero que no puede soportar el pleno desarrollo de un organismo. Estas células luego se vuelven un poco más especializadas, y se las conoce como células multipotentes.

Una célula madre multipotente tiene el potencial de diferenciarse en diferentes tipos de células dentro de un linaje celular dado o un pequeño número de linajes, como un glóbulo rojo o un glóbulo blanco.

Finalmente, las células multipotentes pueden convertirse en células oligopotentes más especializadas. Una célula madre oligopotente se limita a convertirse en uno de los pocos tipos de células diferentes. En contraste, una célula unipotente está completamente especializada y sólo puede reproducirse para generar más de su propio tipo celular específico.

Las células madre son únicas en el sentido de que también pueden dividir y regenerar continuamente nuevas células madre en lugar de especializarse aún más. Hay diferentes células madre presentes en diferentes etapas de la vida de un ser humano. Incluyen las células madre embrionarias del embrión, las células madre fetales del feto y las células madre adultas en el adulto. Un tipo de célula madre adulta es la célula madre epitelial, que da lugar a los queratinocitos en las múltiples capas de células epiteliales en la epidermis de la piel. La médula ósea adulta tiene tres tipos distintos de células madre: células madre hematopoyéticas, que dan lugar a glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas (Figura\(\PageIndex{1}\)); células madre endoteliales, que dan lugar a los tipos de células endoteliales que revisten los vasos sanguíneos y linfáticos; y células madre mesenquimales, que dan lugar a los diferentes tipos de células musculares.

Diferenciación

Cuando una célula se diferencia (se vuelve más especializada), puede llevar a cabo cambios importantes en su tamaño, forma, actividad metabólica y función general. Debido a que todas las células del cuerpo, comenzando por el óvulo fertilizado, contienen el mismo ADN, ¿cómo llegan a ser tan diferentes los diferentes tipos de células? La respuesta es análoga a un guión cinematográfico. Los diferentes actores de una película leen todos del mismo guión, sin embargo, cada uno solo está leyendo su propia parte del guión. De igual manera, todas las células contienen el mismo complemento completo de ADN, pero cada tipo de célula solo “lee” las porciones de ADN que son relevantes para su propia función. En biología, esto se conoce como la expresión genética única de cada célula.

Para que una célula se diferencie en su forma y función especializadas, sólo necesita manipular aquellos genes (y por lo tanto esas proteínas) que se expresarán, y no aquellos que permanecerán en silencio. El mecanismo principal por el cual los genes son “encendidos” o “apagados” es a través de factores de transcripción. Un factor de transcripción es uno de una clase de proteínas que se unen a genes específicos en la molécula de ADN y promueven o inhiben su transcripción (Figura\(\PageIndex{2}\)).

CONEXIÓN DIARIA

Investigación con células madre

La investigación con células madre tiene como objetivo encontrar formas de utilizar las células madre para regenerar y reparar el daño celular. Con el tiempo, la mayoría de las células adultas sufren el desgaste del envejecimiento y pierden su capacidad de dividirse y repararse. Las células madre no muestran una morfología o función particular. Las células madre adultas, que existen como un pequeño subconjunto de células en la mayoría de los tejidos, siguen dividiéndose y pueden diferenciarse en una serie de células especializadas generalmente formadas por ese tejido. Estas células permiten que el cuerpo renueve y repare los tejidos corporales.

Los mecanismos que inducen a una célula no diferenciada a convertirse en una célula especializada son poco conocidos. En un entorno de laboratorio, es posible inducir a las células madre a diferenciarse en células especializadas cambiando las condiciones físicas y químicas de crecimiento. Varias fuentes de células madre se utilizan experimentalmente y se clasifican según su origen y potencial de diferenciación. Las células madre embrionarias humanas (hESC) se extraen de embriones y son pluripotentes. Las células madre adultas que están presentes en muchos órganos y tejidos diferenciados, como la médula ósea y la piel, son multipotentes, estando limitadas en diferenciación a los tipos de células que se encuentran en esos tejidos. Las células madre aisladas de la sangre del cordón umbilical también son multipotentes, al igual que las células de dientes caducifolios (dientes de leche). Los investigadores han desarrollado recientemente células madre pluripotentes inducidas (iPSC) a partir de células madre adultas de ratón y humanas. Estas células son células adultas multipotentes genéticamente reprogramadas que funcionan como células madre embrionarias; son capaces de generar células características de las tres capas germinales.

Debido a su capacidad para dividirse y diferenciarse en células especializadas, las células madre ofrecen un tratamiento potencial para enfermedades como la diabetes y las cardiopatías (Figura\(\PageIndex{3}\)). La terapia basada en células se refiere al tratamiento en el que las células madre inducidas a diferenciarse en una placa de crecimiento se inyectan en un paciente para reparar células o tejidos dañados o destruidos. Se deben superar muchos obstáculos para la aplicación de la terapia basada en células. Aunque las células madre embrionarias tienen un rango casi ilimitado de potencial de diferenciación, son vistas como extrañas por el sistema inmunológico del paciente y pueden desencadenar el rechazo. Además, la destrucción de embriones para aislar células madre embrionarias plantea considerables cuestiones éticas y legales.

En contraste, las células madre adultas aisladas de un paciente no son vistas como extrañas por el cuerpo, pero tienen un rango limitado de diferenciación. Algunos individuos depositan la sangre del cordón umbilical o los dientes caducifolios de su hijo, almacenando esas fuentes de células madre para su uso futuro, en caso de que su hijo la necesite. Las células madre pluripotentes inducidas se consideran un avance prometedor en el campo porque su uso evita los escollos legales, éticos e inmunológicos de las células madre embrionarias.