Tema 5: Bioética y Comienzo de la Vida (PDF)

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Tema 5 Bioética y Comienzo de la Vida Partogénesis Dr. Pablo Barreiro García  Índice Material de estudio 3 5.1. Introducción 3 © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) 5.2. Métodos para activar la partenogénesis 3 5.3. Terapia con células madre embrionarias 6 5.4. Aplicaciones médicas 9 5.5. Cuestiones éticas 12 5.6. Bibliografía 13 A fondo 15  Material de estudio 5.1. Introducción La partenogénesis es una forma reproductiva que se da en ciertos vertebrados según la cual el desarrollo del embrión tiene lugar exclusivamente desde el ovocito, sin la participación del gameto masculino. En mamíferos la partenogénesis no puede tener lugar de forma natural. Sin embargo, es posible inducir de forma experimental la partenogénesis de gametos femeninos de mamíferos. En el caso de hacer uso de ovocitos humanos se ha dicho que la generación de embriones por partenogénesis tendría ventajas éticas al no tratarse de embriones «verdaderamente humanos», con los que se podría experimentar o que podrían emplearse con fines terapéuticos sin restricciones. Es necesario conocer en detalle las características de esta técnica para poder emitir un juicio ético. En este tema además de las páginas que encontrarás dentro del material de estudio, deberás apoyarte en la siguiente lectura: NIH Stem Cell Information Home Page. In Stem Cell Information [World Wide Web site]. Bethesda, MD: National Institudes of Health, Department of Health and Human Services, 2016 [cited April 20, 2020] Recuperado de https://stemcells.nih.gov/info/basics/1.htm 5.2. Métodos para activar la partenogénesis © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) Los ovarios contienen ovocitos detenidos en la última fase de la primera meiosis (Telofase I). Después de la ovulación, el ovocito seleccionado inicia la segunda meiosis, que va desde la Profase II a la Telofase II. En este proceso se excluye uno de Bioética y Comienzo de la Vida 3 Tema 5. Material de estudio  los dos cromosomas emparejados (Profase II y formación del primer cuerpo polar), por lo que quedan 23 cromosomas con 2 cromátidas cada uno. Posteriormente, se excluye en el segundo cuerpo polar una de las dos cromátidas de los 23 cromosomas, por lo que el ovocito maduro, listo para ser fecundado, contiene 23 cromosomas con una sola cromátida. El espermatozoide, que también ha sufrido el proceso de meiosis similar al del ovocito, aportará el segundo par de 23 cromosomas, también con una sola cromátida cada uno. Figura 1. Fases de la meiosis La activación de las sucesivas fases de la meiosis del ovocito depende de las concentraciones intracitoplásmicas de Ca++ y de factores tales como el promotor de la metafase (MPF), el citostático (CSF), fosfolipasa C-zeta (plc-zeta) o proteína postacrosomal (PAWP). Existen diversas estrategias para inducir la partenogénesis de los ovocitos, es decir, que estas células se desarrollen sin perder su carga cromosómica completa:  Partenogénesis heterocigota: se emplean agentes activadores de la meiosis (como cloridio de estroncio (SrCl2), etanol, ionóforo de Ca++, ionomicina), seguidos retenedores del cuerpo polar (como 6-DMAP o citocalasina), de modo que se © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) activa la meiosis, pero se impide la formación del segundo cuerpo polar. El resultado final es un partenote del tipo embrión pseudodiploide heterocigoto, que contiene un solo grupo de cromosomas, pero estos están formados por dos cromátidas cada uno. Bioética y Comienzo de la Vida 4 Tema 5. Material de estudio   Partenogénesis homocigota: mediante el uso de activadores de la meiosis se llega hasta a Telofase II con un solo grupo de cromosomas de una sola cromátida, sin inhibición de la formación de los cuerpos polares. Dichos activadores inducen la duplicación del DNA (autodiploidización), de modo que se forma un grupo simple de cromosomas homocigotos con dos cromátidas.  Partenogénesis haploide: se activa artificialmente la meiosis, pero no se induce la autodiploidización. El resultado es un partenote con un grupo simple de cromosomas de una sola cromátida. Una vez obtenidos los ovocitos maduros mediante uno de estos tres métodos, estos se introducen en diversos medios. En general es fácil inducir la formación de blastómeros murinos (medios de Ca++ y SrCL2) o bovinos (medios con ionomicina y 6- DMAP). Los partenotes procedentes de ovocitos humanos se han utilizado para generar blastómeros como fuente de células madre embrionarias. Los métodos de activación más comunes son los basados en ionomicina y 6-DMAP. Las tasas de éxito en la generación de blastómeros oscilan entre el 21-50%, y dependen de los protocolos de activación utilizados y la edad de las donantes de óvulos, en general a mayor edad menos éxito. Se argumenta que, dado su carácter monoparental y por ello homocigoto, estas células presentan ventajas de compatibilidad si se utilizaran con fines terapéuticos. Este mismo hecho, sin embargo, hace que la capacidad replicativa de los partenotes sea limitado, lo que afecta a uso en medicina regenerativa. La técnica para generar partenotes da lugar a células de carga genética única, pero que, por su capacidad de proliferación y diferenciación, al menos en teoría, podrían © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) ser origen de un individuo clonado del anterior. La posibilidad biológica de que de partenotes pueda llegarse a gestar un ser humano conferiría a los mismos la misma valoración ética que la del embrión y de la clonación humana. Bioética y Comienzo de la Vida 5 Tema 5. Material de estudio  5.3. Terapia con células madre embrionarias Tomando ventaja de su plasticidad y capacidad proliferativa, las células embrionarias humanas se han propuesto como tratamiento regenerativo en algunas enfermedades. Teniendo en cuenta los problemas éticos que conlleva el uso de embriones humanos con fines experimentales o terapéuticos, las células troncales obtenidas por partenogénesis se han planteado como alternativa. En ambos casos, con el uso de células embrionarias o partenotes, también hay que hablar de sus limitaciones técnicas. Las células troncales de origen embrionario plantean problemas de incompatibilidad genética con el receptor, mientras que las obtenidas por partenogénesis, al ser homocigotas, pueden ser mejor toleradas inmulógicamente (1). En modelos animales se ha logrado la diferenciación de partenotes inyectados en tejido hepático y cardiaco, y en médula ósea (2, 3). Se entiende por células trocales aquéllas que tienen capacidad de expansión y diferenciación. Se entiende por expansión como la capacidad de proliferación celular sin perder el potencial de diferenciación y sin entrar en procesos de senescencia celular. La expansión de células troncales puede dar lugar a otras células troncales con idénticas características a la célula originaria, o a células hijas algo más diferenciadas. La proliferación de las células troncales puede ser simétrica (cuando las células hijas son iguales entre sí, a su vez idénticas a la célula progenitora o algo más diferenciadas) o asimétrica (cuando hay dos líneas de células hijas, una de células sin diferenciar y otra de células en proceso de diferenciación). De forma general, se puede decir que la capacidad de expansión de las células es inversamente proporcional a su grado de diferenciación. En función de estas dos características se © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) habla de los siguientes tipos de células:  Totipotentes: pueden producir células de cualquier tejido embrionario. Bioética y Comienzo de la Vida 6 Tema 5. Material de estudio   Pluripotentes: pueden producir células de tejidos embrionarios y de adultos (como células germinales).  Multipotentes: son células procedentes de una de las láminas embrionarias (endodermo, mesodermo o ectodermo), por lo que sólo dan lugar a los tejidos que proceden de las láminas en que se encuentran.  Unipotentes: células que solo dan lugar a un tipo concreto de célula adulta. En general se considera que solo mantienen totipotencia las células de los primeros estadios embrionarios (blastocitos). Las células pluripotentes solo se encontrarían en la masa celular interna del blastocisto (llamadas células troncales embrionarias) o en células germinales del embrión (llamadas células germinales embrionarias). Una vez se ha formado el disco trilaminar del embrión, a partir del día 10 a 14 de desarrollo, ya solo se encontrarán células multipotentes o unipotentes tanto en tejidos embrionarios como adultos, motivo por el que se habla de células troncales adultas. Estas células a su vez pueden ser germinales (si proceden de tejidos gametogénicos) o somáticas (si proceden de otros tejidos). © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) Bioética y Comienzo de la Vida 7 Tema 5. Material de estudio  Figura 1. Origen de las células troncales. Las células troncales pueden ser obtenidas de tejidos embrionarios o adultos. También existe la posibilidad de «reprogramar» células diferenciadas para que, pasando a ser más inmaduras, recuperen su capacidad de expansión.  Células troncales embrionarias: se obtienen del embrión en fase preimplantatoria © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) (7 a 10 días de vida). Son las células responsables de la plasticidad del embrión, de las que irán evolucionando todos los tejidos del cuerpo humano.  Células troncales adultas: pueden encontrarse en la mayoría de los tejidos del embrión implantado y en todas sus fases posteriores incluida la vida adulta. Son Bioética y Comienzo de la Vida 8 Tema 5. Material de estudio  las células responsables de la regeneración de los tejidos, fisiológica (p.e. sangre, epitelios, endotelios) o tras sufrir daño (p.e. hígado, hueso, músculo). Las células maduras también pueden tener cierta capacidad de expansión, pero mucho más limitada. Esto explica que los tejidos ricos en células troncales (p.e. hígado) se regeneren mucho mejor que lo que sólo disponen de células maduras (p.e. páncreas).  Células troncales pluripotentes inducidas: mediante ingeniería genética se toman ciertos genes de células troncales embrionarias y se introducen en células maduras, que de este modo revierten su estado al de célula inmadura pluripotente. Este proceso se denomina reprogramación celular. 5.4. Aplicaciones médicas La terapia con células troncales se viene aplicando desde hace más de 50 años en técnicas como el trasplante de médula ósea en pacientes con neoplasias sanguíneas y los injertos de piel o de tejido óseo. En los últimos años se han desarrollado líneas de investigación con células trocales con fines regenerativos. Células troncales embrionarias humanas En estudios preclínicos se ha logrado la diferenciación in vitro de células embrionarias a células pancreáticas, cardiomiocitos, oligodendrocitos, neuronas motoras y dopaminérgicas y precursores hematopoyéticos. Existen ensayos en modelos animales sobre el uso de estas células en enfermedades degenerativas que afectan a © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) la retina, daño medular, enfermedad de Parkinson o de Huntington, infarto de miocardio o diabetes mellitus tipo 1. Se han aplicado terapias celulares en humanos para el tratamiento de enfermedades retinianas y la cardiopatía isquémica. En nueve pacientes con degeneración macular y otros nueve pacientes con distrofia macular la inyección subretiniana de células troncales embrionarias logró mejorar la agudeza Bioética y Comienzo de la Vida 9 Tema 5. Material de estudio  visual en 10 de los 18 pacientes. Todos ellos necesitaron terapia inmunosupresora para prevenir el rechazo del injerto (4, 5). En otro ensayo se inyectaron células embrionarias humanas durante el procedimiento de by-pass coronario en seis pacientes con cardiopatía isquémica y disfunción ventricular severa. Las células administraron se diferenciaron a tejido cardiaco y no se registraron complicaciones (6). Células troncales pluripotentes inducidas La técnica de reprogramación celular puede aplicarse a células maduras de individuos con enfermedades genéticas. Las modificaciones celulares por edición génica van dirigidas a convertir las células maduras en pluripotentes, y a corregir la alteración genética causante de la enfermedad. Puede ser este el caso de la diabetes mellitus tipo 1 o de diversas enfermedades hematológicas. Ya existen modelos animales que estudian esta estrategia en enfermedad de Parkinson o Hemofilia A. En pacientes con anemia de Fanconi se tomaron fibroblastos propios de la piel para ser reprogramados y modificados genéticamente para eliminar la mutación responsable de la enfermedad (7). Estas células demostraron in vitro similar capacidad de producir células sanguíneas como las de voluntarios sanos. En un paciente con enfermedad de Huntington se reprogramaron fibroblastos de la piel y se eliminó la región con las repeticiones CAG responsable de la enfermedad (8). Tras ser implantadas en ganglios basales de ratones, las células troncales se diferenciaron a neuronas con capacidad de producir GABA. El primer uso clínico de células troncales reprogramadas fue en un paciente con © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) degeneración macular (9). Con este experimento se demostró la seguridad de la técnica y al menos se logró que la agudeza visual se mantuviera estable tras un año de seguimiento. Bioética y Comienzo de la Vida 10 Tema 5. Material de estudio  Existen aún bastantes incógnitas sobre la utilidad de las células troncales para el tratamiento de enfermedades. En primer lugar, se desconoce la verdadera capacidad de estas células para integrarse, diferenciarse y proliferar en aquellos tejidos donde fueron inyectadas. Células endoteliales diferenciadas desde células troncales embrionarias humanas fueron capaces de generar estructuras vasculares en modelos animales (10). Otro aspecto preocupante es el riesgo de que las células troncales inyectadas sean origen de tumores en el receptor, como ya se ha demostrado en modelos animales, particularmente con el desarrollo de teratomas (11). Esta complicación puede darse tanto si se usan células troncales embrionarias como reprogramadas. Particularmente en el segundo caso, las modificaciones genéticas necesarias para lograr la pluripotencia celular pueden inducir mutaciones no esperadas que sean responsables de la oncogénesis. Se están desarrollando nuevos protocolos para mejorar la técnica de reprogramación y evitar este riesgo. Por último, es necesario encontrar métodos eficaces para guiar la diferenciación de las células troncales hacia los tejidos de interés. Este objetivo no es complicado de alcanzar en el caso de regenerar células sanguíneas, pero más complejo en el caso de otros tejidos como el nervioso. En años recientes se han diseñado modelos experimentales para la generación de órganos humanos en animales, los llamados organoides. Inicialmente se generan células troncales humanas reprogramadas para el que sería el paciente receptor del organoide. Como se tratan de células propias se evita la posibilidad de rechazo y se podrían corregir alteraciones genéticas si fuera posible por el carácter de la enfermedad (p.e. transplante hepático en paciente con hemocromatosis). En © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) paralelo se toman embriones de la especie animal donde se «cultivará» el organoide (ratón, cerdo, mono). En estadio de blastocisto y mediante ingeniería genética estos embriones son modificados para que no desarrollen el órgano de interés (páncreas, hígado, corazón, riñón…). Finalmente, se introducen las células reprogramadas humanas en el embrioblasto del embrión receptor, que es trasferido a una hembra Bioética y Comienzo de la Vida 11 Tema 5. Material de estudio  adulta de la especie animal correspondiente para su gestación. En modelos animales se han logrado generar organoides en especies próximas (ratón y rata). Los ensayos con células reprogramadas humanas han sido menos satisfactorios, con resultados algo mejores según las especies elegidas hayan sido más próximas al hombre (ratón, cerdo, primate) (). 5.5. Cuestiones éticas El uso de embriones humanos para obtener células troncales está regulado en España por la Ley 14/2007 sobre la Investigación Biomédica. De forma general, dicha ley «permite la utilización de cualquier técnica de obtención de células troncales humanas con fines terapéuticos o de investigación, que no comporte la creación de un preembrión o de un embrión exclusivamente con este fin». El término preembrión se refiere al embrión humano generado in vitro en los 14 días previos a su implantación. De este modo la fuente fundamental de embriones humanos para experimentación serían los embriones congelados sobrantes de las técnicas de reproducción asistida. La ley limita la edad del embrión humano a 14 días después de la fecundación para que pueda ser usado en experimentación. En España también se autoriza la generación de células troncales por transferencia nuclear de células somáticas. Como punto de partida para una valoración ética del uso de células embrionarias humanas con fines de investigación o tratamiento, hay que decir que el término preembrión no se corresponde con ninguna situación biológica diferente de la del propio embrión. Se trata de una definición legal arbitraria que pretende restar © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) entidad jurídica al embrión antes de su implantación, para así permitir su uso. Las características internas del embrión antes y después de su implantación son las de un ser humano en evolución continua, que interacciona y depende del entorno materno para subsistir. Algunos países, como Estados Unidos, no permiten la investigación con células procedentes de embriones humanos. Bioética y Comienzo de la Vida 12 Tema 5. Material de estudio  La tecnología de la reprogramación de células humanas adultas permite la investigación con células troncales sin utilizar embriones humanos, por lo que se soslayan estas limitaciones éticas. Sin embargo, se trata de un campo aun en desarrollo, y las limitaciones éticas proceden de la falta de datos sobre la eficacia y seguridad del uso de células reprogramadas en humanos. Será necesario esclarecer aspectos como el riesgo de degenerar en tumores, impacto de mutaciones no deseadas y eficacia de los implantes celulares antes de que sea ético hacer uso de esta tecnología para el tratamiento de enfermedades. 5.6. Bibliografía 1. Revazova E, Turovets N, Kochetkova O, et al. HLA homozygous stem cell lines derived from human parthenogenetic blastocysts. Cloning and Stem Cells 2008; 10:11–24. 2. Espejel S, Eckardt S, Harbell J, Roll G, McLaughlin K and Willenbring H. Brief report: parthenogenetic embryonic stem cells are an effective cell source for therapeutic liver repopulation. Stem Cells 2014; 32:1983–8. 3. Eckardt S, Leu N, Bradley H, Kato H, Bunting K, and McLaughlin K. Hematopoietic reconstitution with androgenetic and gynogenetic stem cells. Genes & Development 2007; 21:409–19. 4. Mehat M, Sundaram V, Ripamonti C, et al. Transplantation of human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelial cells in macular degeneration. © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) Ophthalmology 2018; 125: 1765. 5. da Cruz L, Fynes K, Georgiadis O, et al. Phase 1 clinical study of an embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelium patch in age-related macular degeneration. Nat Biotechnol 2018; 36:328. Bioética y Comienzo de la Vida 13 Tema 5. Material de estudio  6. Menasché P, Vanneaux V, Hagège A, et al. Transplantation of human embryonic stem cell-derived cardiovascular progenitors for severe ischemic left ventricular dysfunction. J Am Coll Cardiol 2018; 71:429. 7. Raya A, Rodríguez-Pizà I, Guenechea G, et al. Disease-corrected haematopoietic progenitors from Fanconi anaemia induced pluripotent stem cells. Nature 2009; 460:53. 8. An MC, Zhang N, et al. Genetic correction of Huntington's disease phenotypes in induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell 2012; 11:253-63. 9. Mandai M, Watanabe A, et al. Autologous induced stem-cell-derived retinal cells for macular degeneration. N Engl J Med 2017; 376:1038. 10. Wang Z, Au P, et al. Endothelial cells derived from human embryonic stem cells form durable blood vessels in vivo. Nat Biotechnol 2007; 25:317. 11. Takahashi K, Yamanaka S, et al. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006; 126:663. 12. Garreta E, Sanchez S, Lajara J, et al. Roadblocks in the path of iPSC to the clinic. Curr Transplant Rep 2018; 5:14-18. 13. Xia Y, Izpisua JC. Design approaches for generating organ constructs. Cell Stem Cell 2019; 24:877–894. © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) Bioética y Comienzo de la Vida 14 Tema 5. Material de estudio  A fondo Células troncales Science Docu TV. Embryonic Stem Cells Miracle Cure Medical BBC Documentary YouTube [vídeo en Internet]. YouTube. 24 de junio de 2015. [citado 29 de mayo de 2020]. Recuperado a partir de: https://www.youtube.com/watch?v=UykwXkLb0xU En el siguiente vídeo se cuenta la historia científica de cómo se descubrieron las células troncales. © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) Bioética y Comienzo de la Vida 15 Tema 5. A fondo  The latest in stem cell medicine TEDx Talks. The latest in stem cell medicine | Mark Noble | TEDxRochester [vídeo en Internet]. YouTube. 3 de abril de 2012. [citado 29 de mayo de 2020]. Recuperado a partir de: https://www.youtube.com/watch?v=Gm5NhtdAA9w El siguiente vídeo trata sobre los últimos avances en medicina con células madre o troncales. © Universidad Internacional de La Rioja (UNIR) Bioética y Comienzo de la Vida 16 Tema 5. A fondo