La valiosa información científica que atesora Uca Tangeri podría contribuir a la regeneración de la zona del corazón dañado por un infarto de miocardio. Nos referimos al cangrejo violinista europeo, el popular crustáceo barrilete, que habita nuestras marismas, el Algarbe y la costa atlántica del norte de África, del que se obtiene la famosa “boca de La Isla”, tan apreciada por la gastronomía.

Es bien conocida la capacidad de algunos animales de regenerar determinadas partes de cuerpo. Desde hace décadas, se ha estudiado el proceso de regeneración de la cola de la lagartija, pinzas de los cangrejos y brazos de las estrellas de mar. Este complejo proceso biológico sigue intrigando a los investigadores, pues constituye una apasionante fuente de información científica sobre la reproducción de órganos y tejidos.

Las misteriosas células madre

El origen de un nuevo ser humano comienza cuando un espermatozoide, el más capacitado y rápido de un imponente escuadrón, fecunda un óvulo. Resulta prodigioso observar cómo estas células, de aspecto externo simples, poseen un potencial creador tan extraordinario para llegar a formar todo el complejísimo organismo humano.

De la fusión de estos gametos resulta la unión de sus núcleos, que contienen la información genética de los padres. El núcleo del cigoto posee dos juegos completos de determinantes genéticos -cromosomas-, y el resto de la célula resultante -citoplasma, mitocondria y orgánulos celulares- proceden únicamente de la madre -óvulo-.

En la primera semana de la fecundación, el embrión posee unas 200 células madre embrionarias que establecen una vesícula o blastocisto. Estas células madre comienzan a dividirse a gran velocidad, para generar los diferentes órganos o tejidos, son las células pluripotenciales o “potentes para todo”. Estas células primitivas troncales se mantienen en el cuerpo de forma indefinida y constituyen un verdadero tronco biológico del que irán surgiendo todas las células especializadas.



Células madre adultas (crédito: Kjpargeter) Además, el organismo humano cuenta con otras 20 variedades de células madre adultas encargadas de regenerar los órganos y tejidos que, constantemente, se desgastan -piel, uñas, pelos, sangre-, o bien se lesionan -heridas, fracturas, pérdidas de tejidos-. Estas células madre adultas se dirigen al lugar dañado y establecen un proceso de creación o reconstrucción tisular. No tienen capacidad de formar un nuevo cuerpo completo, pero pueden crear parte de un órgano o tejido, como el cerebro (neuronas), músculos (miocitos), hígado (hepatocitos), corazón (cardiomiocitos) o huesos (osteofitos). Su constante división origina una población inmensa de células idénticas y especializadas, una fuente perpetua de vida.

En la actualidad, se llevan a cabo diversos proyectos de investigación en mamíferos, para analizar el potencial de especialización de estas células madre adultas. Han observado que pueden permanecer inactivas -apagadas- o ponerse en funcionamiento -encendidas-, según lo determinen ciertos genes localizados en el núcleo celular. Estas células al “encenderse o apagarse” se comunican entre sí mediante un ininteligible lenguaje celular, que pueden enviar complejos mensajes para la reconstrucción de partes del cuerpo humano. Un equipo de biólogos de la Universidad de Pensilvania (EEUU) ha comprobado, en embriones clonados de ratón, que el gen Oct4 codifica una proteína clave para el desarrollo tisular, que se expresa únicamente en la región del cuerpo del animal donde se precisa crear un nuevo órgano o tejido. 



Plegamiento de proteína (crédito: Science. BOTY Protein Folding 1280) El fascinante proceso de regeneración

El proceso de regeneración puede realizarse mediante epimorfosis, morfalaxis y crecimiento compensatorio. ​

La epimorfosis se caracteriza por la formación de un conglomerado de células proliferativas -blastema- en la zona donde se ha perdido parte del cuerpo. Esta variedad es típica de la regeneración observada en las lagartijas cuando pierden toda o parte de su cola, a veces, de forma voluntaria para distraer al depredador atacante. Tras su amputación se produce este proceso de epimorfosis que la sustituye, aunque de manera incompleta, ya que no se regenera la parte ósea de la cola. La mayoría de las estrellas de mar poseen cinco brazos, pero algunas pueden tener más de 30. A partir de uno de sus brazos, las estrellas de mar pueden regenerar todo su cuerpo, ya que la mayoría de sus órganos vitales se encuentran en las extremidades.

De la misma forma, nuestro famoso barrilete -boca de La Isla- recupera la pinza de defensa perdida, mediante este mecanismo biológico de epimorfosis. El interés científico por este crustáceo radica en que la pinza creada mantiene su morfología, funcionalidad y fortaleza, como la original.

El pez cebra es un animal experto en regeneración; cuando su aleta caudal es mordida le crece una nueva antes de un mes. El estudio de sus células madres adultas constituye constante tema de producción científica. Este pez exhibe la mayor capacidad para regenerar el corazón descrita en un vertebrado. En la actualidad, es un modelo ampliamente utilizado para estudiar los mecanismos moleculares que posibilitan la recuperación estructural y funcional del músculo cardiaco.

La regeneración de una parte del cuerpo comienza con la formación del denominado blastema, especie de muñón de células indiferenciadas, encargadas la proliferación celular. Su creación depende de unos factores tróficos -factores de crecimiento-. El proceso de regeneración se inicia con la migración de células epiteliales alrededor de la herida para formar un capuchón apical del que se forma el blastema de forma cónica. En un principio, las células del blastema empiezan a diferenciarse en la parte proximal de la amputación dando origen a fibroblastos, vasos sanguíneos, células adiposas y linfáticas. Una vez estas células están establecidas, otros tejidos empiezan a formarse y generar conexiones entre ellos, como la formación de venas y arterias, para más tarde formar cartílagos.

La morfalaxis involucra la transformación de determinadas partes del cuerpo en otras estructuras nuevas. Este proceso de reorganización tisular se observa en algunos animales inferiores -hidras, gusanos- tras una lesión grave, que implica la descomposición y transformación de las células, o sea una “rediferenciación tisular”. El resultado suele ser la aparición de un individuo más pequeño pero completo, derivado totalmente de los tejidos de una parte del animal original.

El crecimiento compensatorio es una forma intermedia de división celular que mantiene las funciones diferenciadas, al producir células similares de los tejidos perdidos. Esta forma de regeneración de los órganos y tejidos es la que podemos observar en algunos mamíferos, como en el ser humano.

Cada año, las astas del ciervo se regeneran por completo, con un crecimiento extremadamente rápido (6 mm/día). A los machos les crecen nuevos cuernos para poder competir con otros machos por las parejas y encontrar comida entre la nieve con mayor facilidad. Los científicos están investigado este interesante proceso de las astas, que llevan a cabo las células madre derivadas de la cresta neural, que podrían constituir un modelo de regeneración humana.

Regeneración en el ser humano

Como se ha mencionado, determinadas partes del cuerpo humano suelen autorregenerarse, como el pelo, uñas, piel, sangre, mucosas (bucal, intestinos...), parte de los músculos y huesos. Se ha observado la regeneración de las yemas de los dedos cuando, tras una amputación accidental, queda una porción de la misma intacta. La investigación científica ha puesto de manifiesto que existe cierta conexión entre las células madre adultas de las uñas y yemas de los dedos, lo que explica esta capacidad reproductora de la punta de los dedos, particularmente en los niños.

Asimismo, es bien conocida la regeneración del hígado humano. En la resección parcial del hígado, en las donaciones en vida para trasplante hepático, o bien tras la extracción de una parte enferma del mismo, el hígado restante va creciendo hasta compensar la pérdida sufrida y, ​en pocos meses, volverá a tener el tamaño y apariencia originales, conservando la identidad y función de cada tipo de célula hepática. El factor de crecimiento de hepatocitos (HGF, por sus iniciales en inglés) es la proteína responsable de la regeneración del hígado, al estimular la proliferación de las proteínas creadoras de los hepatocitos.

Regenerar el corazón

La enfermedad de las arterias coronarias provoca un déficit del aporte sanguíneo al músculo cardiaco por obstrucción brusca -infarto de miocardio- o progresiva –cardiopatía isquémica- de estas arterias. Esta frecuente cardiopatía suele afectar la función contráctil de las células musculares cardiacas -cardiomiocitos-, en la región miocárdica afectada.



Cirugía coronaria en el infarto de miocardio Desde hace años, se viene investigando sobre la posibilidad de regenerar el miocardio dañado, con resultados aún limitados. La regeneración miocárdica muestra algunos aspectos similares a los encontrados en el pez cebra. Se han realizado diferentes experimentos eliminando parte del miocardio del ventrículo, observándose como llega a repararse completamente mediante la creación nuevos cardiomiocitos, o sea una hiperplasia miocárdica.

En enfermos que han padecido un infarto de miocardio o una miocardiopatía dilatada no se han encontrado células madre adultas capaces de regenerar, de manera autónoma, el músculo cardiaco dañado. Por ello, se sigue intentando sembrar el corazón con células madre adultas procedentes de otros tejidos. Diversos experimentos clínicos internacionales han demostrado que existen en los músculos de las extremidades, células madre adultas con capacidad de regenerar nuevas fibras musculares -mioblastos-. Estas células madre musculares pueden aislarse en el laboratorio y tienen capacidad de continuar su proceso de diferenciación y llegar a convertirse en músculo cardiaco. En general, se utiliza una siembra de 100 millones de mioblastos autólogos para poder conseguir una respuesta observable.

Sin embargo, aún no se ha confirmado que estos mioblastos, procedentes de la siembra celular, sean capaces de recibir y trasmitir las señales eléctricas procedentes de las células nativas vecinas del corazón. Se ha demostrado que este islote celular implantado en la zona infartada tiene cierta tendencia a independizarse del resto del miocardio sano, pudiéndose convertir en un foco inductor de arritmias cardiacas.

Se desconoce el mecanismo de acción de las células madre adultas en la curación o reparación del corazón dañado. Estudios recientes demuestran que estas células madre estimulan el proceso curativo de las células defectuosas, mediante señales genéticas, que inhiben la inflamación y estimulan la creación de nuevos vasos sanguíneos -angiogénesis-, aumentando el aporte de sangre a la región infartada o isquémica -trombosada o con falta de riego sanguíneo-.

Límites de la bioingeniería celular

El estado actual del conocimiento sobre las células madre adultas permite asegurar que la terapia celular puede curar determinadas enfermedades, pero aún queda mucho por descubrir. En los últimos años, la extensa investigación procedente de ensayos clínicos internacionales está proporcionando resultados muy satisfactorios.

Novedosas líneas de investigación permitirán conocer mejor los mecanismos de acción de las células madre adultas, su verdadero potencial reparador o curativo, el método de administración más eficiente -implante durante la cirugía cardiaca, inyección intracoronaria o fijación endocárdica durante el cateterismo cardiaco-, el número de células necesarias para asegurar un tratamiento eficaz, el momento más apropiado para su implantación -fase aguda o en regiones infartadas no reparadas-, su utilidad en la miocardiopatía dilatada, así como su capacidad de integración completa con el tejido cardiaco colindante.

En un futuro, quizás lleguemos a conocer el complejo lenguaje genético, mediante el que se comunican estas células madre adultas, lo que permitirá interactuar con ellas para dirigir su capacidad creativa hacia los órganos y tejidos defectuosos, dañados o enfermos.

La prestigiosa revista Science publica anualmente la lista los diez hitos científicos, ha señalado como uno de los avances más importantes del año 2020 a la “Inteligencia artificial al servicio del plegamiento de las proteínas”. Investigadores de DeepMind, con sede en Reino Unido, han demostrado que la estructura de una proteína predicha mediante inteligencia artificial coincide con la obtenida por experimentación animal en el laboratorio. Este descubrimiento podría ayudar a desarrollar nuevos medicamentos y encontrar los mecanismos íntimos para la curación de enfermedades, así como el misterioso poder de las células madre humanas.

Las células madre adultas tienen capacidad para sobrevivir unos 130 años. No cabe duda que el cuerpo humano compone un microcosmos extraordinario, inmensa riqueza biológica que, en parte, ni siquiera sospechamos.

 

“La evolución científica va a ser la generación de órganos funcionales a partir de células madre. Ya tenemos tejido renal capaz de producir orina, de depurar la sangre, estamos en la línea de estructurarlo 3D, en forma de órgano, para poder trasplantarlo”

(Antonio Alcaraz. Catedrático de Urología, Universidad de Barcelona.