TEMA 4. CÉLULAS TRONCALES Y DIFERENCIACIÓN PDF

TEMA 4. CÉLULAS TRONCALES Y DIFERENCIACIÓN 1. INTRODUCCIÓN TIPOS CELULARES ( CELL TYPE ) POBLACIONES CELULARES ( CELL POPULATION ) - Categoría específica de células con características - Conjunto de células que compar...

TEMA 4. CÉLULAS TRONCALES Y DIFERENCIACIÓN 1. INTRODUCCIÓN TIPOS CELULARES ( CELL TYPE ) POBLACIONES CELULARES ( CELL POPULATION ) - Categoría específica de células con características - Conjunto de células que comparten un mismo espacio, área o morfológicas, funcionales y genéticas particulares en tejido, que pueden o no ser del mismo tipo, pero que colaboran determinadas fases del ciclo celular para realizar funciones relacionadas o complementarias en un entorno específico - Cada tipo celular está adaptado y especializado en realizar funciones específicas dentro del cuerpo - Se evalúan en términos de número, distribución y comportamiento en condiciones fisiológicas o patológicas - Estas células pueden formar asociaciones celulares o pueden ser célula independientes dentro de la población - Se pueden clasificar según diversos criterios 2. DIFERENCIACIÓN CELULAR → La diferenciación celular es un proceso dinámico mediante el cual las células indiferenciadas (como las células madre) se transforman en células especializadas mediante la adquisición de características estructurales y funcionales específicas. → Es decir, es el proceso dinámico mediante el cual una célula cambia su forma, estructura, y función para especializarse en una tarea específica dentro de un tejido u órgano. → Este fenómeno es esencial para el desarrollo de un organismo multicelular, ya que permite la formación de tejidos, órganos y sistemas necesarios para la vida. → Todos los cambios morfológicos y funcionales son guiados por factores genéticos, epigenéticos, bioquímicos e inmunológicos. a. GÉNESIS (ORIGEN) DE LA FORMA CELULAR → Cambios morfológicos que ocurren durante la diferenciación celular en relación con la reorganización del citoesqueleto, la polarización celular y la interacción con el microambiente. A.1 CITOESQUELETO → Las proteínas del citoesqueleto (actina, microtúbulos y filamentos intermedios) moldean la forma celular y permiten funciones como el movimiento, la adhesión y la división. A.2 POLARIZACIÓN CELULAR → Algunas células (como neuronas o epiteliales) adquieren polaridad, es decir, diferencia entre extremos funcionales. Esto ocurre gracias a gradientes de proteínas y lípidos en la membrana plasmática. → Neurogénesis: Las neuronas desarrollan dendritas y axones para establecer conexiones sinápticas. → Células musculares: Se alargan y organizan sus miofilamentos para permitir la contracción. A.3 ADHESIÓN CELULAR → Mediada por proteínas como integrinas, cadherinas y moléculas de adhesión, las células interactúan con la matriz extracelular y entre sí para formar tejidos organizados. b. MORFOLOGÍA CELULAR  c. BIOQUÍMICA DE LA DIFERENCIACIÓN CELULAR → Bioquímica de la Diferenciación Celular - La bioquímica de la diferenciación implica cambios en la expresión génica, síntesis de proteínas y ajustes del metabolismo celular que permiten a la célula adquirir y mantener su función específica. → Expresión génica diferencial: - Durante la diferenciación, se activan genes específicos que codifican proteínas necesarias para las funciones especializadas de la célula. Factores de transcripción (proteínas) como Oct4, Sox2 y MyoD regulan la activación o represión de genes relacionados con la diferenciación. → Epigenética: cambios en la función de los genes que no se pueden atribuir a alteraciones de la secuencia de ADN. - Metilación del ADN: Inhibe la expresión de genes “innecesarios” en una célula diferenciada. - Modificaciones de histonas: Cambios químicos que controlan la accesibilidad del ADN a la maquinaria de transcripción. - ARN no codificante: Los microARN y otros ARN regulan la estabilidad y traducción de los ARNm específicos. → Cambios metabólicos: - Las células diferenciadas ajustan su metabolismo para satisfacer sus necesidades funcionales: - Células musculares: Mayor capacidad de oxidación de ácidos grasos. - Neuronas: Dependen del metabolismo de la glucosa y la producción de neurotransmisores. - Hepatocitos: Detoxifican sustancias gracias a las enzimas del citocromo P450 - Enterocitos: Absorben nutrientes (glucosa, lípidos y aminoácidos) y sintetizan lipoproteínas → Secreción de moléculas específicas: - Las células diferenciadas producen y secretan proteínas o moléculas características de su función: - Células madre (Stem cells): tipo de célula que tiene la capacidad de dividirse y diferenciarse en varios tipos de células especializadas. Son esenciales en el desarrollo embrionario, así como en la reparación y regeneración de tejidos en organismos adultos. - Pueden ser embrionarias o adultas. - Células diferenciadas: células que han pasado por el proceso de diferenciación y han adquirido características específicas que les permiten realizar funciones particulares en el organismo. Este proceso implica cambios en la forma, tamaño, y función celular. 3. CÉLULAS MADRE / STEM CELLS → Las CÉLULAS MADRE en -inglés stem cells (stem = tronco → «células troncales»)- son células indiferenciadas y no especializadas con la capacidad de dividirse indefinidamente, autorrenovarse y diferenciarse en múltiples tipos celulares. → Su potencial las convierte en elementos clave para el desarrollo, la regeneración de tejidos y la investigación biomédica. TIPOS DE CÉLULAS MADRE → Según su potencial de diferenciación → Según su origen A1. Totipotentes B1. Embrionarias (CME) A2. Pluripotentes B2. Adultas (CMA) A3. Multipotentes B3. Perinatales A4. Unipotentes B4. Células madre mesenquimales (MSCs) B5. Células madre inducidas pluripotentes (iPSC) B6. De carcinoma embrionario  A) SEGÚN EL POTENCIAL DE DIFERENCIACIÓN TOTIPOTENTES → Son las células con mayor grado de potencialidad. → Pueden dar lugar a todas las células del organismo, incluidas las células que componen los tejidos extraembrionarios (placenta, cordón umbilical, saco vitelino, etc). → Representan el estado inicial de una célula en el desarrollo embrionario, cuando todavía no se ha producido ninguna especialización. → Ejemplos: - Cigoto: La célula inicial que resulta de la fusión del óvulo y el espermatozoide tras la fecundación. - Células de las primeras divisiones del embrión (hasta la etapa de mórula): Aproximadamente hasta el 3r día del desarrollo embrionario humano. → El desarrollo embrionario tiene una duración de entre 5-6 días. Durante estos días el embrión va evolucionando a partir del ovocito fecundado, desde 1 célula hasta aproximadamente 150-200 células. PLURIPOTENTES → Amplio potencial, pero no pueden formar tejidos extraembrionarios, como la placenta. → Son capaces de diferenciarse en cualquier tipo de célula dentro de las tres capas germinales que dan origen a todos los tejidos del organismo: - Ectodermo: da lugar a la piel, s.nervioso, cabello, uñas, etc. - Mesodermo: origina músculos, huesos, sangre, corazón, riñones, etc. - Endodermo: forma tejidos internos como pulmones, hígado, páncreas, tracto digestivo, etc. → No pueden, por sí mismas, formar un organismo completo → Ejemplos: - Células madre embrionarias (CME): Derivan de la masa celular interna del blastocisto. - Células madre inducidas pluripotentes (iPSC): células adultas reprogramadas -in vitro- genéticamente para recuperar propiedades pluripotentes. MULTIPOTENTES → Capacidad de diferenciarse en varios tipos de células, pero están limitadas y comprometidas a una línea o linaje celular específico o un grupo de tejidos relacionados. → Su microambiente o nicho celular influye fuertemente en su diferenciación, ya que las señales locales (como factores de crecimiento y citoquinas) guían su evolución y comportamiento. → Se conservan en sus nichos específicos y son esenciales para mantener y regenerar tejidos de manera eficiente en los organismos adultos. → Ejemplos: - Células madre hematopoyéticas: en la médula ósea y son responsables de la producción de todas las células sanguíneas: - Glóbulos rojos (eritrocitos). - Glóbulos blancos (leucocitos): linfocitos, neutrófilos, monocitos, eosinófilos y basófilos. - Plaquetas (trombocitos). - Células madre mesenquimales (CMM): - Diferencian en osteocitos (hueso), condrocitos (cartílago), adipocitos (grasa) y miocitos (músculo). - Células madre neurales: - Forman neuronas, astrocitos y oligodendrocitos (células del sistema nervioso central). - Células madre epiteliales: - Regeneran los tejidos epiteliales, como la piel, el intestino o las glándulas. UNIPOTENTES → Solo generan un tipo celular específico, pero conservan la capacidad de autorrenovarse. → Se encuentran en tejidos adultos y son responsables de la renovación continua de ciertos tipos de células a lo largo de la vida del organismo. → Aunque su potencial de diferenciación es limitado, su capacidad de autorrenovación garantiza la regeneración de tejidos específicos. → Ejemplos: - Células madre del epitelio basal de la piel: en la capa basal de la epidermis, la capa más profunda de la piel. Generan queratinocitos, que migran hacia las capas superficiales de la epidermis, reemplazando las células muertas. - Células madre espermatogoniales: en los testículos, generan espermatozoides durante toda la vida adulta. - Células madre intestinales: en las criptas de Lieberkühn, regeneran continuamente las células del epitelio intestinal. B) SEGÚN SU ORIGEN MADRE EMBRIONARIAS → Derivan de la masa celular interna del blastocisto, la estructura que se forma entre el 4o y 5o día tras la fecundación. → Son pluripotentes → pueden diferenciarse en cualquier tipo celular del cuerpo humano, pero no en tejidos extraembrionarios. → En conjunto, contribuyen al desarrollo de todas las estructuras y órganos del organismo. → Estas células se pueden cultivar en laboratorio para estudiar procesos de diferenciación y desarrollo humano. → Limitación: Implican cuestiones éticas, ya que su obtención requiere la ‘destrucción’ de embriones. MADRE ADULTAS → Residen en tejidos específicos del organismo adulto (como la médula ósea, la piel, el tejido adiposo y el hígado). → Son multipotentes: están limitadas a diferenciarse en tipos celulares específicos relacionados con su tejido de origen. → Su función es mantener la homeostasis de los tejidos y reparar posibles daños tisulares. → Ejemplos: - Células madre hematopoyéticas en la médula ósea, producen células sanguíneas continuamente. - Células madre mesenquimales: diferencian en hueso, cartílago, grasa y músculo. - Células madre musculares (células satélite):reparan fibras musculares tras una lesión. PERINATALES → Proceden de tejidos relacionados con el nacimiento, como: - el cordón umbilical (gelatina de Wharton) - la sangre del cordón - la placenta - líquido amniótico → Son un híbrido entre pluripotentes y multipotentes, ya que pueden diferenciarse en varios tipos celulares pero no son tan versátiles como las embrionarias. → Son más accesibles y menos controversiales que las embrionarias. → Poseen propiedades inmunomoduladoras, lo que reduce el riesgo de rechazo en terapias alogénicas (entre individuos distintos). → Ejemplos: - Células madre del cordón umbilical: aplicadas en trasplantes para tratar enfermedades hematológicas. - Células madre de la placenta: uso en regeneración tisular y modulación inmunológica. Aplicaciones → Tratamientos para enfermedades inmunológicas, hematológicas y neurodegenerativas y regeneración de tejidos, como cartílago y piel. Viabilidad → Actualmente, no se ha determinado un límite máximo exacto para su viabilidad, pero los estudios y la práctica clínica han demostrado que pueden mantenerse funcionales durante al menos 25 -30 años. CÉLULAS MADRE MESENQUIMALES → Aunque se encuentran en muchos tejidos (médula ósea, tejido adiposo, cordón umbilical, entre otros), tradicionalmente se obtienen de médula ósea. → Multipotentes, capaces de diferenciarse en osteocitos (hueso), condrocitos (cartílago), adipocitos (tejido graso) y, en algunas condiciones, miocitos (músculo) [mesodermo] → Tienen propiedades inmunomoduladoras, contribuyendo a reducir la inflamación. → Aplicaciones: Regeneración ósea y cartilaginosa. Tratamientos para enfermedades autoinmunes y lesiones articulares. CÉLULAS MADRE INDUCIDAS PLURIPOTENTES → Se generan in vitro a partir de células somáticas adultas diferenciadas (como fibroblastos de la piel, cels. sanguíneas o epiteliales) que se reprograman genéticamente para recuperar su estado pluripotente. → Esta reprogramación se realiza mediante la introducción de genes específicos, como Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc. → Pluripotentes, similares a las células madre embrionarias, pero evitan los problemas éticos asociados a las embrionarias, ya que no requieren la destrucción de embriones. → Pueden presentar riesgo de tumores si no se controla bien su diferenciación y el proceso de reprogramación aún es costoso y técnicamente complejo. CARCINOMA EMBRIONARIO → Derivan de teratocarcinomas, un tipo de tumor maligno germinal. → Estas células tumorales tienen características similares a las células madre embrionarias (CME) debido a su pluripotencia. → Aparecen principalmente en tejidos germinales como los testículos u ovarios → Son pluripotentes (pueden diferenciarse en diversos tipos celulares como hueso, tejido nervioso, músculo, etc.), pero su diferenciación es desorganizada y descontrolada → Forman tejidos de las tres capas germinales, pero en un contexto tumoral. Cultivo in vitro: → Las células madre de carcinoma embrionario fueron las primeras células pluripotentes cultivadas en laboratorio y jugaron un papel esencial en la comprensión de la pluripotencia y diferenciación. → Estas células fueron clave en la identificación de factores y biomarcadores relacionados con la pluripotencia y la biología de las células madre, como Oct4. → Aunque son pluripotentes, las CMCE son malignas y poco estables genéticamente. → Las CMCE sirven como modelo para entender la progresión de tumores germinales y la relación entre pluripotencia y malignidad. → Su origen tumoral limita su uso terapéutico. → Tienen un comportamiento impredecible en cultivos debido a su tendencia a la malignidad.