¿Qué son las células madre neurales?
El desarrollo del sistema nervioso comienza desde el tubo neural y la cresta neural en la etapa embrionaria temprana, y su tubo central forma el sistema ventricular y el sistema central. tubo de la médula espinal al final del desarrollo. Las células que cubren la superficie interna de la luz son células neuroepiteliales, que tienen capacidades activas de proliferación y diferenciación. En el embrión temprano, esta área se llama zona ventricular/subventricular (VZ/SVZ). En la edad adulta, se la conoce como zona ependimal/subependimaria (EZ/SEZ) y desempeña un papel importante en la neurogénesis.
Los orígenes de las neuronas y la glía han sido objeto de controversia durante mucho tiempo. El mecanismo actualmente aceptado por la mayoría de los neurobiólogos es el mecanismo "monista", es decir, las neuronas y las células gliales se originan a partir de la misma célula madre. Este tipo de células madre se producen a partir de células epiteliales ependimarias de embriones tempranos y tienen el potencial de diferenciarse en múltiples direcciones, por lo que se denominan células madre neurales multipotentes. Hasta el momento, el concepto de células madre pluripotentes no está muy claro, por lo que no se ha unificado el nombre. Algunos estudiosos también las llaman células precursoras o células progenitoras. En resumen, representa una clase de células con las siguientes características: (1) autorreplicarse o autorrenovarse, producir células hijas idénticas a ella misma y mantener una reserva celular estable (2) estar en un estado primitivo indiferenciado; Marcadores específicos para las células maduras correspondientes; (3) Tiene potencial de diferenciación multidireccional, es decir, la capacidad de evolucionar hacia diferentes tipos de células maduras.
Lendahl et al. demostraron experimentalmente que las células madre pluripotentes, o células precursoras, del sistema nervioso central expresan una proteína específica llamada nestina, o nestina, en el citoplasma. Ahora se ha demostrado que pertenece a la familia de proteínas de filamentos intermedios y se expresa sólo en células neuroectodérmicas multipotentes. A medida que el neuroepitelio se diferencia y madura, su función no está del todo clara, pero puede ser similar a la de otros miembros de la familia, con funciones estructurales y de transmisión de información. La presencia de células madre pluripotentes se puede determinar detectando la expresión de nestina. Además, la tecnología de seguimiento del linaje celular a nivel molecular se puede utilizar para infectar células en la fase de división en la región SVZ mediante inyección intracerebroventricular de retrovirus que expresan proteínas fluorescentes o β-galactosidasa (LacZ) para monitorear la proliferación, migración y diferenciación de células madre. células. Mediante los métodos anteriores, se ha demostrado que existen células con capacidad proliferativa en al menos dos áreas del sistema nervioso central de los mamíferos adultos, a saber, la zona subventricular y la zona subgranular (SGZ) de la circunvolución dentada del hipocampo. Se desconoce el fenotipo de las células primitivas en estas dos regiones.
2. Métodos de investigación de células madre neurales
1. El método convencional para aislar células madre neurales in vitro consiste en cortar algunos tejidos del cerebro de animales vivos cuya división celular ha sido interrumpida. Se determina y se añade alta densidad. Las células se incuban en un medio con una alta concentración de mitógenos e inducen la diferenciación en diferentes células de progenie después de la proliferación. La diferenciación se identificó mediante tinción inmunocitoquímica para detectar antígenos específicos expresados por neuronas, astrocitos y oligodendrocitos en el creador unicelular Dyclon.
También existen muchos problemas a la hora de definir un grupo de células cultivadas in vitro como células madre pluripotentes, el más importante de los cuales es demostrar que estas células tienen la capacidad de diferenciarse en diferentes células maduras. Si bien se pueden utilizar anticuerpos específicos para marcar neuronas, astrocitos u oligodendrocitos, existen cientos de tipos de neuronas y queda mucho trabajo por hacer para demostrar la verdadera "pluripotencia".
En la actualidad, algunas instituciones de investigación extranjeras han informado del establecimiento de líneas de células madre en comparación con el cultivo primario, las líneas de células madre proporcionan materiales más estables para la observación in vitro y la investigación de trasplantes. Sin embargo, las características genéticas de las "células inmortalizadas" modificadas por virus o v-myc han cambiado y existe una tendencia a continuar mutando. Pueden producir tumores después del trasplante o afectar la dirección de diferenciación de las células hijas al analizar genes normales. Su valor de aplicación aún está por verse.
2. La investigación sobre la diferenciación entre neuronas y células gliales in vivo se realiza principalmente mediante el seguimiento del linaje de las células madre después de la división y diferenciación.
Dibujo) para comprender la relación de "parentesco" entre el desarrollo celular. Generalmente se cree que el desarrollo de las células está determinado por sus ancestros y factores ambientales, es decir, regulado por factores reguladores internos y externos. Para determinar mejor el potencial de diferenciación de las células madre identificadas mediante cultivo in vitro, se trasplantaron al cerebro células madre expandidas y/o modificadas genéticamente para su observación. Los resultados muestran que las células trasplantadas no sólo pueden migrar ampliamente en el cerebro en desarrollo y el sistema nervioso periférico, sino que también pueden diferenciarse en neuronas y células gliales. Incluso las células madre derivadas de embriones humanos pueden diferenciarse en neuronas después de ser implantadas en el cerebro de ratas adultas. .células y células gliales.
Al mismo tiempo, se descubrió que la dirección de diferenciación de las células trasplantadas parecía estar determinada por el entorno local en el que se encontraban, más que por sus características inherentes. Las células madre embrionarias migran a lo largo de las células huésped y se diferencian en tipos de células especializadas en el sitio del trasplante. La respuesta adecuada de las células implantadas a las señales locales en el cerebro en desarrollo normal da como resultado este "quimerismo", que dificulta distinguirlas de las células huésped. Rosario et al. implantaron células madre cultivadas en un modelo de ratón con una mutación genética que resultó en la pérdida del desarrollo de la parte frontal del cerebelo, y encontraron que estas células se diferenciaban gradualmente en células granulares, formando la capa intragranular del electrón del cerebelo; La microscopía mostró que las células granulares diferenciadas de las células del donante estaban estrechamente relacionadas con las fibras musgosas que establecían conexiones sinápticas. Esta notable plasticidad no se limita al cerebro en desarrollo. Las células madre del hipocampo adulto también pueden diferenciarse en neuronas y células gliales después de su implantación en el hipocampo, de forma similar a los tipos de células que normalmente se diferencian en la circunvolución dentada. Además, estas células se implantaron en el RMS (migración rostral).
Stream) también pueden diferenciarse en neuronas del bulbo olfatorio y tienen la capacidad de sintetizar tirosina hidroxilasa, que las células normales del hipocampo no pueden sintetizar; sin embargo, cuando se trasplantan a animales adultos, las células madre no pueden producir neuronas, pero se diferencian en; células gliales. Lo más sorprendente es que Bjornson et al. informaron que células obtenidas de cerebros de ratones embrionarios o adultos se trasplantaron a ratones huéspedes dañados por la radiación e incluso se diferenciaron en células de la médula ósea, linfocitos y otras células hematopoyéticas primitivas. Los resultados indican que el potencial de diferenciación de las células madre neurales no se limita al sistema nervioso. En el cerebro en desarrollo dañado, las células madre migran al sitio dañado y reemplazan las células faltantes. Se especula que las células implantadas pueden "reconocer" su entorno mientras se dividen y proliferan. Sin embargo, aún queda por explorar más a fondo qué factores inician la diferenciación y determinan la dirección de la diferenciación. Esto seguramente será complicado por factores internos y externos. -Pueden estar involucrados procesos de diferenciación intrínseca, factores neurotróficos en el entorno local, matriz extracelular, moléculas de adhesión e interacciones entre células.
3. Factores que afectan la proliferación y diferenciación de las células madre neurales En los organismos multicelulares, la actividad de cada célula está regulada por una interacción extremadamente compleja de señales ambientales internas y externas, entre las que pueden estar implicados factores de crecimiento. en este proceso. Molécula de señalización primaria. Varios factores del sistema nervioso central tienen un impacto muy importante en la supervivencia, proliferación, migración y diferenciación de las células en desarrollo, el mantenimiento de funciones en la edad adulta y los cambios plásticos de las células durante una lesión. Entre ellos, EGF y bFGF son los factores de crecimiento más utilizados. Se sabe que el EGF es un mitógeno para los astrocitos, que también puede promover la supervivencia neuronal y el crecimiento de neuritas en cultivos celulares in vitro. Weiss et al. demostraron que el EGF puede estimular significativamente la proliferación de células madre cultivadas y que sus células descendientes pueden diferenciarse en neuronas, astrocitos y oligodendrocitos. Se informa que bFGF tiene el mismo efecto y puede inducir a las células madre a diferenciarse en neuronas en concentraciones bajas. Cuando se inyectaron EGF y bFGF en el cerebro de ratas adultas, el EGF estimuló fuertemente la proliferación de células SVZ pero no tuvo ningún efecto sobre las células SGZ. Los efectos del bFGF son relativamente débiles; sin embargo, la inyección de bFGF en ratas recién nacidas aumentó la cantidad de neuronas en el cerebro. Se ha detectado que el factor de crecimiento nervioso, el factor de crecimiento derivado de plaquetas, el factor de crecimiento transformante y los factores neurotróficos tienen efectos similares, pero sus mecanismos de acción no están claros.
3. Perspectivas de aplicación de las células madre neurales
1. La investigación sobre el trasplante de células ha progresado lentamente en el pasado, principalmente restringida por la fuente y la cantidad de tejido cerebral embrionario, las leyes sociales y ética. La existencia, el aislamiento y el cultivo de células madre neurales, especialmente el establecimiento de líneas de células madre neurales, pueden proporcionar neuronas y células gliales de forma indefinida, resolver el problema del trasplante insuficiente de cerebro fetal, evitar disputas éticas y proporcionar un tratamiento alternativo después de una lesión. material. Las investigaciones muestran que las células madre no sólo tienen fuertes capacidades de proliferación, sino también capacidades potenciales de migración, lo que proporciona una base teórica para el tratamiento del daño celular extenso causado por trastornos metabólicos en el cerebro. Con su capacidad de migrar, se puede evitar el daño adicional de múltiples trasplantes. Además, el trasplante de células madre neurales también proporciona un medio de observación para la investigación experimental sobre el desarrollo y la plasticidad del sistema nervioso. Como se mencionó anteriormente, las citocinas participan en la regulación de la proliferación y diferenciación de las neuronas. La exploración de las formas y mecanismos específicos de estos factores mediante trasplantes proporciona una base teórica para futuras aplicaciones clínicas.
2. La terapia génica aún no ha encontrado un método maduro para inducir que las células madre se diferencien en neuronas con capacidad de sintetizar ciertos transmisores específicos. La modificación de células madre cultivadas in vitro mediante ingeniería genética es uno de los métodos. Otro avance importante en el campo; además, se ha descubierto que muchas citoquinas regulan la plasticidad y la integridad estructural del sistema nervioso en desarrollo e incluso maduro. Los genes que codifican estos transmisores o factores pueden introducirse en células madre y expresarse localmente después del trasplante, logrando así las funciones de reemplazo celular y terapia génica.
3. La inmunidad al trasplante inducida por la diferenciación de células madre autólogas sigue siendo el principal problema en el trasplante de órganos o tejidos. Como se mencionó anteriormente, se ha demostrado que existen células madre con potencial de diferenciación de múltiples linajes en el cerebro y la médula espinal de animales adultos o humanos, por lo que es fácil pensar en la inducción de células madre autólogas para completar la reparación del daño. Después de que se lesiona el sistema nervioso central, la primera reacción son las células gliales, que se dividen y proliferan rápidamente bajo la acción de ciertos factores para formar cicatrices gliales. De hecho, las células madre también participan en este proceso, pero desafortunadamente, la mayoría de las células madre proliferan y se diferencian en células gliales. Los mecanismos exactos que controlan las decisiones de diferenciación de las células no están claros. Una vez que se descubra este mecanismo, sin duda será un gran paso adelante para la reparación del daño del sistema nervioso central, porque no sólo puede evitar daños innecesarios causados por el trasplante, sino también evitar reacciones de rechazo. Los experimentos in vitro han demostrado que ciertos factores pueden inducir la diferenciación, pero la aplicación clínica aún está lejos. Sin embargo, todavía vemos esperanzas en las exploraciones exitosas antes mencionadas y creemos que pronto se producirán avances en esta área.