Regeneración celular: ¿Qué significa y cómo funciona?

Fuente: http://www.eurostemcell.org/it/node/31708

Algunas partes de nuestro cuerpo pueden repararse bastante bien después de una lesión, pero en otras no hay reparación en absoluto. Evidentemente no podemos hacer crecer un brazo o una pierna entera, pero algunos animales pueden regenerar partes del cuerpo entero. ¿Qué podemos aprender? 

Una salamandra joven puede volver a crecer una pierna entera en cinco semanas.

El hígado humano puede volver a crecer después sufrir una lesión.

La planaria puede regenerarse desde un trozo de cabeza o de cola.

La salamandra puede regenerar extremidades, corazón, cola, cerebro, tejidos de ojo, riñón, cerebro y médula espinal durante toda la vida.

Corte transversal de un miembro de salamandra en regeneración; Verde = fibras musculares de la extremidad; Rojo = piel.

El pez cebra puede regenerar tejido cardíaco sin depender de células madre.

Regeneración significa volver a crecer una parte de un órgano dañado a partir del tejido restante. Como adultos, los seres humanos pueden regenerar algunos órganos, como el hígado. Si se pierde parte del hígado por enfermedad o lesión, el hígado vuelve a crecer a su tamaño original, pero no en su forma original. Y nuestra piel se renueva y repara constantemente. Desafortunadamente muchos otros tejidos humanos no se regeneran, y una meta en medicina regenerativa es encontrar formas de empezar la regeneración de tejidos del cuerpo, o construir tejidos de sustitución.

Hay muchos animales que pueden regenerar complejas partes del cuerpo con la función y forma completa después de amputación o lesión. Invertebrados (animales sin médula espinal) como el gusano plano o planaria pueden regenerar tanto la cabeza desde un trozo de cola o la cola desde un trozo de cabeza. Entre los vertebrados (animales con médula espinal), los peces pueden regenerar partes del cerebro, ojos, riñón, corazón y aletas. Las ranas pueden regenerar el tejido de extremidades, cola, cerebro y ojos como renacuajos pero no como los adultos. Y las salamandras pueden regenerar extremidades, corazón, cola, tejidos del ojo, riñón, cerebro y médula espinal durante toda la vida.

¿Cómo crecen estos animales regenerativos estructuras tan complejas? Después de la amputación, las células madre se acumulan en el sitio de la lesión en una estructura llamada blastema. Un tema importante de investigación en curso es cómo las señales que llegan desde el sitio de la lesión estimulan a las células madre para producir la blastema y empezar a dividirse para reconstruir la parte que falta. Pero, ¿es un solo tipo de célula madre la que puede diferenciarse en muchos tipos diferentes de tejidos (células madre multipotentes), o son necesarias unas células madre diferentes para cada uno de los diferentes tejidos para completar la nueva parte del cuerpo?

Investigaciones recientes en diversos animales regenerativos han demostrado que existen diversas estrategias de las células madre para regenerar partes del cuerpo construidas a partir de tejidos múltiples, tales como músculo, nervio y piel. Si entendemos los principios y las moléculas que estos animales utilizan para regenerar los tejidos adultos, ¿podremos aplicarlo para regenerar o construir tejido humano?

El grupo de investigación del científico Peter Reddien en los Estados Unidos ha dado con la solución a una pregunta muy antigua en regeneración de planaria: ¿puede una sola célula madre regenerar un animal entero? La respuesta es sí, si puede. Esto demuestra que la planaria adulta tiene células madre pluripotentes – células que pueden crear todos los tipos de células del cuerpo del animal. Cómo se controlan estas células pluripotentes en el cuerpo de los gusanos para que no formen tumores, es una importante pregunta que varios grupos de investigación están ahora estudiando.

Pero no todos los animales usan células pluripotentes en regeneración. Las células que regeneran una cola de rana y una extremidad en la salamandra tienen propiedades muy diferentes de una célula madre de planaria. En estos animales, cada tejido – tales como músculos, nervios o piel – tiene su propio conjunto de células que sólo crean los diferentes tipos de células en ese tejido particular. En otras palabras, una célula madre del músculo no puede crear piel y células de la piel no pueden crear músculo. Estas células madre multipotentes de tejido específico, son probablemente muy similares a las células madre de nuestro propio cuerpo que renuevan tejidos como piel o músculo. ¿Por qué pueden tales células regenerar una extremidad entera en la salamandra, pero sólo reparar el daño en un solo tejido en nuestros cuerpos? Esta es otra pregunta que los científicos están estudiando ahora.

Salamander limb regeneration: Salamanders use tissue-specific stem cells to regrow damaged limbs - each stem cell can only make cells belonging to one tissue

Además de utilizar las células madre, la regeneración puede funcionar haciendo que las células diferenciadas que habían dejado de dividirse vuelvan a dividirse y multiplicarse para reemplazar el tejido perdido. Esto se ha demostrado recientemente en la regeneración del corazón en el pez cebra, donde una célula del músculo de corazón llamada cardiomiocito se divide para reponer el tejido cardíaco perdido. Este fenómeno regenerativo también se ha encontrado en corazones de ratón recién nacido, pero se pierde cuando los ratones maduran. Se necesita más investigación para entender cómo hacer para que las células diferenciadas puedan volver a dividirse y producir tejido cardiaco nuevo y para entender por qué los humanos no tenemos esta capacidad de regeneración.

Definiendo las propiedades de las células madre que regeneran complejas partes del cuerpo, los científicos están aprendiendo cómo una lesión hace que estas células madre regeneren la parte que falta en vez de simplemente formar tejido cicatricial. Futuras investigaciones puede que hagan posible aplicar este conocimiento en nuevos tipos de tratamientos médicos.

¿En que se parecen las células madre pluripotentes de planaria a las células madre embrionarias o células madre pluripotentes inducidas? Estudiando la planaria tal vez consigamos entender cómo controlar las células madre embrionarias humanas para que puedan reemplazar partes de nuestro cuerpo.

Las salamandras y las ranas usan células madre de tejido que puede que sean muy parecidas a las nuestras, así que ¿por qué pueden regenerar una extremidad entera mientras que nosotros formamos cicatrices? La investigación de momento indica que los animales regenerativos mantienen una especie de mapa dentro de sus tejidos adultos, que dicta a las células dónde están y lo que deberían ser. Las partes de este mapa se han perdido en los mamíferos, o tal vez nuestras células han perdido la capacidad para leer el mapa. Los investigadores esperan descubrir exactamente qué es lo que falta o está bloqueado en los mamíferos, y si dicha información puede ser reinstaurada en células madre para dirigirlas a tomar parte en regeneración y poderlo usar en aplicaciones médicas.

¿Podemos hacer que células adultas y diferenciadas como las del músculo del corazón comiencen a dividirse nuevamente, como lo hacen las del pez cebra? Será importante averiguar por qué las células del corazón pierden esta capacidad, y averiguar si puede ser restaurada.