Rev Chil Neuro-Psiquiat 2004; 42(3): 207-218

ARTÍCULO DE REVISIÓN

Células troncales en neurología

Stem Cells in neurology

Sergio Illanes-Díez, Sergio Ferrer D.

Servicio de Neurología Hospital Militar, Santiago, Chile.

Dirección para Correspondencia:

There is increasing investigation and scientific publications related to stem cells. In our literature review, we describe what a stem cell is, what are it’s properties, some of the strategies to isolate and proliferate neural stem cells and the molecular mechanisms involved in the functional integration of these cells in the receptor cells. Finally, the possible steps in future investigations are described: better identification of the signals from the receptor to the donor cells; how to decipher in more depth the neurogenic capacity at a cellular level in the adult brain.

Key words: stem cells, therapy, neurodegenerative diseases

Las investigaciones sobre células troncales han concitado creciente actividad en el campo de la investigación y publicaciones científicas. Nuestra revisión de la literatura expone qué es una célula troncal, sus propiedades, algunas de las estrategias para aislar y hacer proliferar células troncales neurales y los mecanismos moleculares involucrados en la integración funcional de estas células al cerebro receptor. Finalmente se comentan los posibles pasos de las futuras investigaciones, las que deberán identificar mejor las señales del receptor a las células donantes, así como descifrar con mayor profundidad la capacidad neurogénica del ambiente celular del cerebro adulto.

Palabras clave: células troncales, terapia, enfermedades neurológicas degenerativas

Introducción

¿Qué es una célula Troncal?

Una célula madre o troncal es aquella que es capaz de dividirse indefinidamente y diferenciarse en distintos tipos de células especializadas. Pueden clasificarse según su potencial de diferenciación: Uno, las células totipotenciales son capaces de producir tejido embrionario y extraembrionario. Dos, las células pluripotenciales tienen la capacidad de diferenciarse a tejidos procedentes de cualquiera de las tres capas embrionarias. Tres, las células multipotenciales son capaces de diferenciarse a distintos tipos celulares procedentes de la misma capa embrionaria (1).

La única célula genuinamente totipotencial es el zigoto, capaz de formar a todo un individuo, junto a sus anexos embrionarios, a partir de una sola célula. Tradicionalmente se ha considerado a las células troncales embrionarias como células pluripotenciales. Éstas son tomadas de la masa celular interna del blastocisto en los primeros días del desarrollo. Las células troncales adultas se han caracterizado como multipotenciales. Es importante destacar que para que una célula troncal sea pluripotencial tiene que cumplir las siguientes condiciones: en primer lugar, una única célula debe ser capaz de diferenciarse en células especializadas procedentes de cualquier capa embrionaria. En segundo lugar, demostrar la funcionalidad in vitro e in vivo de aquellas células que ya se han diferenciado y, finalmente, que se produzca un asentamiento claro y perdurable de estas células en el tejido diana, tanto dañado como indemne. Hasta el momento actual no existe ningún estudio que cumpla todos estos criterios en forma estricta: diferenciación, implantación y perdurabilidad. Sin embargo algunos trabajos indican de manera bastante evidente la posible existencia de células madre adultas pluripotenciales (2).

En animales adultos, las células troncales están presentes en varios tejidos incluyendo la médula ósea, músculo esquelético, sistema nervioso periférico y retina (1, 3). En estos tejidos las células troncales podrían existir tanto para repoblar las células que se pierden en forma fisiológica como para reemplazar las células perdidas por daño tisular, cualquiera que sea su etiología. Por largo tiempo existió la creencia de que el cerebro tenía un recambio celular extraordinariamente bajo y una pobre capacidad de regeneración tisular. Como Santiago Ramón y Cajal describió en el año 1928, en los centros adultos las vías nerviosas son casi fijas, terminadas, inmutables. Todo puede morir, nada puede ser regenerado. Queda para la ciencia futura cambiar, si es posible, este severo decreto. Este decreto se mantuvo vigente hasta el año 1965 en que se publicó un estudio que demostraba la formación de nuevas neuronas en el cerebro de la rata (4). Sin embargo no fue hasta el año 1985, con ocasión del primer simposium sobre neurogénesis, organizado bajo el título Hope for a new neurology, en que la comunidad científica mundial terminó por aceptar la caída del dogma impuesto por Ramón y Cajal.

El impacto de la potencialidad clínica en el reemplazo celular en varias enfermedades neurológicas ya ha sido visto en el transplante de células mesencefálicas fetales en la enfermedad de Parkinson, la cual logra mejoría clínica en algunos individuos (5). También se ha informado una mejoría funcional importante en una pequeña cohorte de pacientes con Corea de Hungtington tratados con injertos de striatum fetal (6). Sin embargo, a pesar de estos resultados promisorios, existen varios factores que impiden el uso de células fetales para el transplante neural. Omitiendo las importantísimas consideraciones éticas de usar material celular de fetos abortados, su viabilidad y desarrollo no han podido ser controlados en forma absoluta. Después de los ensayos con injertos celulares surgen nuevas líneas de investigación relacionada con las células troncales neurales, lo que abre nuevas posibilidades para la terapia de reemplazo celular en el tratamiento de enfermedades neurológicas (5). Debido a su posibilidad innata de auto-reconocer y diferenciarse en un tipo celular deseado, las poblaciones clonales de células troncales neurales parecieran producir un efecto similar o inclusive mejor que las células fetales, siendo más fáciles de obtener, de manipular y de hacer proliferar. Además su aceptación final por parte del tejido receptor es mayor. Desgraciadamente la integración funcional de la célula donante representa aún un gran desafío, siendo necesaria una comprensión mayor de las propiedades biológicas tanto de las células donantes como del ambiente celular del receptor.

Discutiremos las propiedades y limitaciones de las células troncales actualmente disponibles. Se espera que estas células proliferen en forma homogénea y eficiente y que de alguna manera sean instruidas, ex vivo o in vivo, para desarrollarse en el tipo celular deseado. Queremos ilustrar los experimentos en que esto de alguna manera se ha logrado, advirtiendo que aun la mejor célula troncal puede fallar en su integración funcional deseada.

Propiedades que debe tener una célula troncal

La mera habilidad de una célula troncal neural de dividirse y adoptar un fenotipo específico característico no garantiza que, una vez transplantada, será incorporada en forma activa al tejido receptor. Semejante meta requiere un proceso de desarrollo complejo, como una migración dirigida y un crecimiento neuronal que le permitan establecer conexiones a distancia, lo cual se logra difícilmente en el SNC adulto. Además, la célula donante debe ser capaz de enfrentar la condición patológica específica que presenta el individuo, particularmente en las enfermedades neurodegenerativas.

En la degeneración glial, y especialmente en las enfermedades desmielinizantes, los injertos celulares tienen que desarrollar fenotipos específicos y restablecer relaciones apropiadas con los elementos del huésped. Gracias al buen conocimiento del desarrollo del oligodendrocito, célula formadora de mielina, y de la actividad gliogénica intrínseca del cerebro adulto, la mielinización ha sido restablecida con distintos tipos de células donantes en varios modelos experimentales de desmielinización focal (7, 8). Se ha observado un aumento de la conducción axonal en preparados in vitro junto a una recuperación parcial de la función motora (9). Sin embargo, el mayor de los obstáculos en el desarrollo de una terapia eficiente en una enfermedad desmielinizante progresiva, como es la Esclerosis Múltiple (EM), es el hecho de que la enfermedad original podría afectar también a las células recientemente donadas, lo que llevaría a la necesidad de múltiples transplantes.

En el caso de la degeneración neuronal, el éxito del reemplazo celular depende de la complejidad y precisión del patrón de conectividad que necesita ser restaurado. Aún más, los mejores resultados se han obtenido en los así llamados sistemas paracrinos, en los cuales las células afectadas ejercen una acción moduladora en los circuitos diana mediante la liberación de moléculas difusibles. En dicha condición, bastaría una mejoría en la función secretora para lograr una recuperación parcial del patrón funcional. Por ejemplo, en la enfermedad de Parkinson las células donantes son transplantadas directamente a la región diana que es el striatum. A pesar de su localización ectópica, las células mesencefálicas fetales injertadas desarrollan un fenotipo dopaminérgico y restauran una liberación de dopamina regulada y funcionalmente eficiente, tanto en modelos animales como en pacientes humanos (5).

Un reemplazo celular eficiente es tanto más demandante cuanto más necesaria sea una precisa reparación de la conectividad neuronal. Por ejemplo, en las vías motoras y sensitivas es necesaria una ubicación topográfica específica en sus mapas de proyección. En aquellos casos en que alguna población predominante de células se afecte, como es en la Enfermedad de Hungtington, Esclerosis Lateral Amiotrófica o Degeneraciones Cerebelosas, un transplante exitoso requiere dos cosas: una, reemplazo selectivo del fenotipo celular dañado, y dos, el restablecimiento del patrón de conexión con células tanto cercanas como distantes en el tejido receptor. Los transplantes en modelos experimentales, como los ratones mutantes con degeneración de la célula de Purkinje, han mostrado que las células fetales cerebelosas tienen una notable capacidad para la integración específica en los circuitos del receptor, y se ha observadado una mejoría funcional moderada (10). A pesar de este logro, una función motora significativa no se ha obtenido por la incapacidad de la mayoría de las células de Purkinje transplantadas de formar uniones eferentes con los núcleos cerebelosos del receptor (11).

La Enfermedad de Hungtington, en que la muerte selectiva de las neuronas estriatales se produce por la mutación del gen de la hungtintina, la recuperación funcional requiere del restablecimiento, al menos parcial, del complejo circuito córtico-estriato-palidal. Sin embargo, la muerte celular selectiva y la accesibilidad y vecindad del blanco palidal por los axones donantes originados en el striatum, junto a la naturaleza genética y lenta progresión de la enfermedad, convierte a esta condición en un buen candidato para el transplante celular. Así, tanto en modelos animales como en pacientes humanos, las células fetales que han sido injertadas en el striatum son correctamente inervadas por las neuronas del receptor y éstas envían sus axones al globus pallidus adyacente (5, 12, 13). Aún más, se ha observado una mejoría cognitiva y motora importante en estos pacientes (6), lo que presumiblemente se relaciona con el grado de reconstrucción del circuito estriatal (5). En los pacientes que han completado el estudio las células transplantadas no parecen afectarse con la enfermedad de las células adyacentes (6, 12).

Una dificultad mayor ha sido comprobada al tratar de utilizar el reemplazo celular en el tratamiento de lesiones focales que causan una degeneración de múltiples estirpes neuronales, tales como lesiones traumáticas o vasculares. En estos casos las células transplantadas deben ser capaces de generar múltiples fenotipos en un número importante, desarrollar circuitos locales y restablecer conexiones a distancia. En modelos experimentales de isquemia focal de corteza cerebral que usan implantes corticales, se ha visto una extensa inervación del receptor al injerto (13). Sin embargo, sabemos poco sobre la conectividad local que se desarrolla en estos transplantes, además las conexiones del injerto hacia el receptor son escasas (14). Como consecuencia, el beneficio estructural observado en animales debe atribuirse a las propiedades tróficas del tejido embrionario, más que a la reescritura de los circuitos destruidos.

Finalmente, debe ser enfatizado que, aunque la reconstrucción de los circuitos dañados es fundamental, esto no es suficiente para obtener una completa recuperación funcional. En efecto, el análisis de los pacientes parkinsonianos que se han sometido a un transplante celular muestra que la mejoría funcional puede venir bastante tiempo después de la reparación anatómica. Adicionalmente, pruebas experimentales en animales transplantados muestran que la recuperación requiere entrenamiento específico y re-aprendizaje (15).

Obtención de células madre para su utilización

Un injerto exitoso de células transplantadas, incluyendo su supervivencia, adquisición de un fenotipo específico e integración al tejido receptor, depende tanto de las potencialidades intrínsecas del tejido donante como de las propiedades del ambiente receptor. Las células fetales primarias son usualmente obtenidas en su sitio de origen dentro del cerebro inmaduro. Luego de la implantación, ellas completarán su proceso de maduración mediante mecanismos celulares autónomos. En contraste, debido a su multipotencialidad, las células troncales neurales necesariamente requieren información extrínseca para dirigir su diferenciación. Para esto se pueden adoptar dos estrategias. En la primera, que se discutirá en la próxima sección, las células troncales neurales reciben instrucciones proporcionadas por el ambiente receptor. En la segunda, las células troncales neurales pueden ser expuestas a señales inductoras ex vivo antes del transplante con el fin de aumentar las probabilidades de sobrevida y diferenciación.

Sobrevida y proliferación

Primero, las células transplantadas tienen que sobrevivir en su nuevo ambiente. Los primeros intentos de transplante se iniciaron años atrás con técnicas que injertaban células aisladas del mesencéfalo fetal. Durante el procedimiento había una gran pérdida de neuronas dopaminérgicas. Los factores que podrían iniciar la muerte celular en los injertos incluían la hipoxia e hipoglicemia celular del tejido donante, el trauma mecánico, los radicales libres, la privación de los factores de crecimiento y la concentración excesiva en el espacio extracelular de aminoácidos exitotóxicos del cerebro del receptor (16). Se han usado diversos métodos para intentar solucionar estos problemas, que van desde la exposición de las células a agentes neuroprotectores o anti-apoptóticos antes del transplante (17), hasta la manipulación genética de las células donantes. Esta última técnica se basa en sobreexpresar los genes promotores de supervivencia o diferenciación (16). Estrategias similares a los transplantes celulares están siendo ensayadas con las células troncales neurales, meta que probablemente es aún más difícil. Los cultivos de células troncales neurales no son homogéneos y, más aún, una identificación celular precisa sólo es posible una vez que las células ya se han desarrollado. Por esto, nuevos métodos están apareciendo para realizar un aislamiento prospectivo. Además, varios hallazgos indican que las células troncales neurales adquieren información temporal y que su capacidad neurogénica declina con los años (18). Esto implica que la edad del donante es un aspecto importante de tomar en cuenta al tratar de obtener un fenotipo postmitótico particular. Similarmente, las células troncales neurales adquieren información topográfica (18, 19). Las células troncales neurales expandidas que se generan en regiones diversas del SNC expresan marcadores regionales apropiados, y aparentemente dependen de varios genes y factores para su diferenciación posterior. Por lo tanto, la búsqueda de moléculas instructivas conducirá a la identificación de determinadas poblaciones neuronales.

La implantación directa de poblaciones de células progenitoras troncales dentro del cerebro inmaduro o adulto lleva predominantemente a la generación de células gliales. Sólo una pequeña fracción de éstas se diferencia en neuronas. Esto ilustra la necesidad de obtener células troncales que deriven en neuronas específicas y que tengan asegurada su supervivencia.

Una instrucción temprana en este proceso puede envolver el uso de moléculas que están capacitadas para expandir la población de células troncales neurales con la mayor capacidad pluripotencial. A pesar de que mitógenos como el factor de crecimiento epidérmico (EGF) o de fibroblastos (FGF) son candidatos promisorios, los cultivos de células troncales neurales que son expuestos a estos factores cambian mientras están in vitro, generando una población de células con propiedades biológicas y genéticas mixtas (20). Una estrategia más precisa es la tecnología llamada EGFP (promotor-enhanced green fluorescent protein). Ésta se basa en el uso de genes fluorescentes que se ubican bajo el control de promotores neurales tempranos (tales como el vestin o vuslalin-1), combinado con un proveedor celular de activador fluorescente (FACS) (21). Esta aproximación ha permitido dirigir específicamente a las células troncales neurales, además de aislarlas y enriquecerlas substancialmente del cerebro fetal.

Especificación

Un segundo paso en la instrucción es requerido para la especificación celular, lo cual podría implicar la exposición de las células neurales enriquecidas a estímulos extrínsecos, antes del transplante, para aumentar la producción neuronal. Se ha usado una gran variedad de condiciones ambientales, incluyendo la remoción de mitógenos, la adición de moléculas pro diferenciación y la exposición pobre a oxígeno, lo que ha resultado en triplicar la producción (o sobrevida) de neuronas dopaminérgicas (22). Alternativamente, la tecnología EGPF ha sido usada para aislar y adquirir células troncales neurales cuando se establece un fenotipo celular particular. La manipulación genética previa podría eventualmente resolver la especificidad de las neuronas que se pretende multiplicar, cuando los factores que incrementan genes de instrucción específicos puedan ser identificados. Por ejemplo, después de descubrir la pérdida de neuronas dopaminérgicas en las ratas deficientes nuri-1, se encontró que la sobreexpresión del gen nuri-1 conduce a un enriquecimiento de neuronas tiroxina hidroxilasa de hasta 80% (23).

Otra sugerencia para lograr la recuperación de neuronas desde células troncales viene desde los estudios de las señales que regulan la división y diferenciación celular en el cerebro. A pesar de que el señalar con STATS-3 (signal transducer and activator of transcription-3) parece se importante para la conversión de células troncales progenitoras del SNC en células gliales fibrilares acídicas (GFAP), la señal de mayor importancia la constituye la interacción entre un par de receptores del núcleo celular, las cuales son las proteínas de adaptación ShcA y ShcC. Estos receptores nucleares instruyen a las células troncales para alejarse del ciclo celular e iniciar un programa de diferenciación neuronal (24). La neurogenina también ha sido implicada, dado su doble rol de inhibir la diferenciación glial y promover la diferenciación hacia un destino neuronal (25). Últimamente el hallazgo de que el receptor ShcA dirige la división celular, mientras que el receptor ShcC dirige la diferenciación neuronal de las células troncales, indica que incluso los cultivos de células troncales mixtos se mantienen multipotenciales y autorrenovativos. Así, estrategias basadas en explotar la actividad de ShcC ó de la neurogenina podrían llevar a una mayor producción neuronal desde las células troncales. Sin embargo, hasta ahora, el control de la especificación de las células troncales neurales para obtener los fenotipos deseados está lejos de ser logrado.

Adquisición de un fenotipo específico

A pesar de que los resultados preliminares indicaban que las células troncales parecían estar destinadas a un linaje particular, éstas podrían estar capacitadas para adquirir un fenotipo maduro de diversos estratos germinales. Con respecto a las células troncales neurales adultas, se ha visto que no poseen la extensa pluripotencialidad que se les suponía en el pasado. Su capacidad de desviarse hacia otros linajes celulares es bajo. El error puede ser explicado por su fusión con las células del receptor o eventos de transformación (20, 26). Por otra parte, debería esclarecerse si existen células troncales somáticas fuera del sistema nervioso central, que puedan transformarse consistentemente en neuronas capaces de incorporarse funcionalmente en el cerebro del receptor. Esto abriría la posibilidad de un autoinjerto.

Señales derivadas del SNC adulto intacto

Si no son expuestas a señales instructivas ex vivo, las células troncales neurales pueden primariamente experimentar una diferenciación selectiva a través de la interacción con el ambiente receptor. Es bien sabido que la adquisición de fenotipos específicos celulares y su integración funcional en el tejido receptor depende de la edad, siendo más eficiente en el cerebro inmaduro. Sin embargo, incluso en los casos de transplante en el SNC de embriones, la incorporación de células nerviosas a un sitio específico ocurre sólo en regiones neurogénicas (27-29). Por esto, la presencia de claves neurogénicas endógenas es un prerrequisito para la diferenciación neuronal y la integración de las células donantes. Como la mayoría de las aplicaciones terapéuticas de reemplazo celular tienen que ser aplicadas a individuos adultos, es crucial establecer la información instructiva actual que provee el SNC maduro a las células troncales.

La evidencia recolectada muestra, hasta ahora, que la actividad neurogénica persiste en el girus dentatus del hipocampo del adulto, en la región subventricular y en el bulbo olfatorio. La producción de nuevas neuronas ha sido incluso reportada en la corteza de asociación de primates (30, 31). En todo caso, la neurogénesis intrínseca en el cerebro adulto está limitada a regiones restringidas y a algunos fenotipos específicos, que incluyen a las células granulares del hipocampo e interneuronas del bulbo olfatorio. A pesar de esto, es posible que otras regiones del SNC adulto aún expresen señales de inducción capaces de dirigir la diferenciación de las células transplantadas.

Las células progenitoras hipocampales adultas que se implantan en el hipocampo o en el bulbo olfatorio adquieren la identidad de las neuronas locales, confirmando sus propiedades plásticas, pero fallan en producir neuronas cuando son injertadas en el cerebelo (32).

Las células troncales aisladas desde la médula espinal adulta adquieren identidad neuronal granular en el hipocampo adulto, pero implantadas homotópicamente en la médula espinal solamente producen células gliales (33).

Los progenitores tomados desde la región subventricular de la rata adulta e injertados homotópicamente en el bulbo olfatorio generan interneuronas del bulbo olfatorio (33). En contraste, cuando se ubican en localizaciones heterotópicas (hipocampo, neocortex, striatum) ellas producen mayoritariamente astrocitos y escasas células nerviosas que aún retienen características de bulbo olfatorio (33). Ha sido propuesto que este comportamiento está determinado por el juego entre dos factores: la nogina (noggin) y la proteína morfogenética de hueso (BMP) (34). La nogina, que está presente en la región subventricular, dirige la diferenciación celular hacia un destino neuronal, mientras que la segunda tiene actividad gliogénica. La BMP, en contraste con la nogina, se expresa en el striatum adulto. Por consiguiente muchas células de la región subventricular transplantadas se diferencian en células gliales. La sobreexpresión de la nogina en el striatum conduce a muchas células donantes a la adquisición de una identidad neuronal. Sin embargo, ellas aún retienen características de neuronas del bulbo olfatorio, indicando que la nogina puede conducir la diferenciación neuronal, pero no reproduce el ambiente neurogénico estriatal.

En todos estos casos, a pesar de la pluripotencialidad de las células donantes, los fenotipos que efectivamente se generaron en el cerebro adulto estuvieron determinados por el repertorio de señales de inducción que fueron proporcionadas por el ambiente receptor. Señales neurogénicas específicas son expresadas en el bulbo olfatorio y en el giro dentatus hipocampal, pero, de acuerdo con la evidencia disponible, ellas están ausentes en la mayoría de las regiones del SNC.

Inesperadamente, a pesar de que las células troncales neurales fallan en generar múltiples fenotipos locales, los linajes celulares que han sido obtenidos inmortalizando progenitores neurales parecen estar dotados de una mayor capacidad de adoptar la identidad local. En efecto, una diferenciación topográfica específica ha sido observada luego del transplante de diferentes linajes de células progenitoras neurales en el cerebro neonatal y adulto (35). Así, es posible que algunas regiones en el SNC adulto intacto retengan cierta capacidad de dirigir la diferenciación de las células transplantadas con aumento de las propiedades plásticas que son inducidas con la inmortalización. En suma, las señales neurogénicas específicas de una región determinan los distintos linajes celulares.

Señales derivadas del SNC adulto dañado

A pesar del limitado potencial neurogénico del SNC adulto intacto, es posible que las señales neurogénicas puedan ser reactivadas luego del daño o degeneración para así compensar la pérdida neuronal. La evidencia indica que la neurogénesis intrínseca en el SNC adulto está regulada por varios estímulos, tanto fisiológicos como patológicos. Por ejemplo, la tasa de producción neuronal en la región subventricular se altera luego del tratamiento citotóxico, de un proceso isquémico o de la desconexión desde el bulbo olfatorio. Además, la neurogénesis en el hipocampo aumenta luego de un evento isquémico, daño citotóxico, daño mecánico, convulsiones y epilepsia del lóbulo temporal en pacientes pediátricos (36). Sin embargo, a pesar de lo plausible de la naturaleza compensatoria de este fenómeno, esto podría no ser completamente adaptativo, porque las nuevas neuronas hipocampales que se generan luego de las convulsiones a menudo se ubican en forma ectópica y establecen conexiones aberrantes (37).

Estos cambios en la actividad neurogénica han sido relacionados con la acción de algunas moléculas asociadas a daño celular. Por ejemplo, las convulsiones inducidas por kainato o isquemia producen un aumento del Factor de Crecimiento Derivado de Fibroblastos-2 (Fgf2) en el hipocampo (38). El Fgf2 induce la diferenciación neuronal en células troncales provenientes del neocortex adulto y del nervio óptico in vitro (39), y podría incluso impulsar el proceso neurogénico in vivo. El Fgf2 de ratas, cuyos receptores han sido bloqueados, no muestra aumento de la producción neuronal luego de someterse a convulsiones o isquemia. Esto puede ser revertido mediante la inducción de sobrexpresión de Fgf2 mediante transfección viral (38). Simultáneamente, la neurogénesis en el bulbo olfatorio ha sido relacionada con un aumento en la expresión de eritropoyetina, la cual se eleva después de la hipoxia (39). Esta proteína pareciera inducir a las células progenitoras de la región subventricular para abandonar el ciclo celular y diferenciarse en neuronas (40). En suma, las moléculas promotoras específicas de la neurogénesis podrían activarse en respuesta a diferentes estímulos patológicos, para así compensar la pérdida neuronal.

A pesar de que el mecanismo compensatorio descrito opera en el hipocampo y en el bulbo olfatorio, existe poca evidencia de que esto pueda ocurrir en otras regiones del SNC. Es posible que el reemplazo neuronal espontáneo pueda ocurrir en el neocortex de la rata luego de la ablación fotolítica de las neuronas córtico-talámicas (41). La condición del daño es crucial para entender la limitada extensión de este fenómeno. De hecho, el reemplazo celular específico mediante el transplante de progenitores, primarios o inmortalizados, ocurre luego de lesiones fotolíticas, pero no luego de inyección de kainato (42, 43). La posibilidad de generar nuevas neuronas en otras regiones del SNC necesita ser replicada y confirmada. Pareciera que, en al menos algunas condiciones específicas, los mecanismos neurogénicos intrínsecos pueden ser reactivados para reemplazar a las neuronas degeneradas. Al transplantar células multipotenciales dentro de las regiones cerebrales dañadas se puede concluir que el ambiente del receptor podría ejercer un poderoso efecto gliogénico más que neurogénico. Todo lo anteriormente señalado podría ser puntualizado en tres hallazgos fundamentales:

Primero, la sobrevida, la migración y la diferenciación neuronal de células adultas de la región subventricular no se aprovechan cuando son injertadas en regiones homotópicas o heterotópica dañadas con ácido káinico (40).

Segundo, las células progenitoras del hipocampo adulto, mantenidas durante un año in vitro y transplantadas nuevamente en el girus dentatus, generan células granulares en la lámina ventral intacta. A pesar de ello, estas células producen mayoritariamente el fenotipo glial en la lámina dorsal, la cual resulta dañada durante el proceso de transplante (44). Resulta interesante que, en el caso de la respuesta neurogénica endógena frente al daño mecánico o citotóxico, las células granulares recientemente generadas se localizan preferentemente en las porciones no dañadas del girus dentatus (45).

Tercero, en forma similar, las células progenitoras inmortalizadas derivadas del rafe medular y transplantadas dentro del hipocampo dañado, genera neuronas locales sólo en regiones intactas o parcialmente dañadas del receptor (46). La misma línea celular transplantada dentro del striatum dañado o lesionado produce mayoritariamente células gliales y sólo un pequeño número de neuronas estriatales (47). La mayoría de ellas se localiza en áreas intactas o parcialmente lesionadas y no se repueblan las áreas depletadas de neuronas. Similares resultados se han obtenido con distintos linajes celulares inmortalizados, derivados del hipocampo o striatum y que han sido injertados en el striatum adulto intacto o dañado (48).

Es posible que las condiciones en que se produzca el daño envuelvan una fuerte reacción glial intrínseca. La disrupción de la barrera hemato-encefálica, al igual que la inflamación, gatillan señales gliogénicas que superan las señales para neurogénesis. En este contexto, la Interleukina-6 merece ser mencionada. Es una citokina pro-inflamatoria que se expresa en el tejido nervioso dañado gatillando diferenciación glial en las células troncales neurales in vitro (24), e interfiere con la neurogénesis endógena cuando se sobreexpresa en hipocampo intacto del adulto (49). Esto podría explicar también por qué sucede el reemplazo neuronal en la corteza cerebral luego de una lesión fotolítica, la cual causa una reacción tisular mínima, pero falla luego de un daño celular citotóxico (42, 43). Por desgracia, muchas condiciones patológicas –tanto traumáticas como degenerativas– se asocian a una respuesta inflamatoria y a una intensa reacción glial. Así, la posibilidad de que el ambiente del cerebro dañado contenga una fuerte señal gliogénica debe ser tomada en cuenta al plantear la posibilidad de una terapia de reemplazo neuronal.

En resumen, primero las células transplantadas pueden generar el fenotipo de las neuronas locales. Dos, la gran mayoría de ellas adopta la identidad astrocítica. Tres, las neuronas recientemente generadas se localizan preferentemente en sitios donde nuevas células nerviosas sobreviven. Esto último indicaría que el injerto en tejido dañado induce una fuerte reacción glial. Parecería que la alteración de la barrera hemato-encefálica, propia de la inflamación, engendraría señales gliogénicas que superarían las señales de inducción para nuevas neuronas.

Estimulando la actividad neurogénica

Debido a la limitada actividad neurogénica en la mayoría de las regiones del SNC, una estrategia más para promover el reemplazo celular es la de estimular la neurogénesis mediante la infusión de moléculas biológicamente activas in vivo. Por ejemplo, una infusión intra ventricular de EGF durante 6 días en el cerebro de ratón adulto incrementa la producción de células sub-ependimales, las cuales migran a las regiones adyacentes. Siete semanas después de retirar el EGF, el 3% de las nuevas células, expresan el marcador neuronal NevN en la corteza, striatum y septum (50). Sin embargo, el fenotipo preciso de estas neuronas no ha sido establecido. Según otro estudio, la infusión de EGF o FGF por 14 días aumenta la proliferación de células progenitoras en la región sub-ventricular, mientras que los precursores hipocampales no son afectados (51). Muchas células recién nacidas en animales tratados con FGF han migrado al bulbo olfatorio y han adquirido el fenotipo neuronal local. En contraste, en animales tratados con EGF hay un desplazamiento hacia el fenotipo glial, tanto en el bulbo olfatorio como en el hipocampo

Otro factor de crecimiento que ha sido estudiado por su actividad neurogénica es el factor neurotrófico derivado de cerebro (BDNF). En un estudio, la sobreexpresión del BDNF se indujo mediante la infección adenoviral de las células ependimarias. Luego de tres semanas este tratamiento aumentó la incorporación de nuevas neuronas en el bulbo olfatorio. Algunas células nerviosas recientemente generadas fueron también halladas en el striatum; éstas expresaban marcadores típicos de neuronas espinosas de mediano tamaño (52). Por otra parte, luego de la infusión intra ventricular de BDNF, se observa un incremento en la incorporación de neuronas al bulbo olfatorio. En esta condición, un marcado aumento en la producción celular ocurre en varias regiones cerebrales que circundan al sistema ventricular. Una fracción significativa de estas células (27-42%) expresan el marcador neuronal inmaduro Tu-J1, sugiriendo que el cerebro tiene una capacidad neurogénica mayor de la reconocida hasta ahora.

Conjuntamente, estos datos indican que la aplicación de moléculas biológicamente activas podría estimular capacidades neurogénicas latentes en múltiples regiones del SNC adulto. Sin embargo, aún está poco claro si es posible generar un número significativo de nuevas neuronas y si en efecto ellas logran una maduración completa y desarrollan un fenotipo específico. Además, aún tiene que investigarse si estas propiedades pueden ser explotadas para reemplazo celular luego de daño o degeneración. En efecto, sólo hay un trabajo publicado en el cual se infundió Factor de Crecimiento Transformante-a (TGF-a) en el striatum lesionado con 6-hidroxidopamina (53). Los autores reportaron una proliferación masiva y migración celular desde la región subventricular del cerebro de la rata hacia el sitio de infusión. Numerosas células se asentaron en el striatum, e incluso algunas expresaron marcadores de neuronas dopaminérgicas. A pesar del claro efecto del TGF-a en la proliferación celular de la región subventricular, aún tiene que comprobarse la capacidad del striatum deaferentado de proveer señales de inducción efectivas para generar neuronas nigrales que tendrían proyecciones eferentes y que se encontrarían en posición ectópica.

En suma, la evidencia disponible indica que la neurogénesis puede ser estimulada por la aplicación externa de moléculas biológicamente activas y también que esto podría ser efectivo en las regiones en que normalmente no hay neurogénesis. Sin embargo, se requieren otros trabajos para establecer un control eficiente en la proliferación y diferenciación celular.

Conclusiones

A pesar del importante desarrollo conceptual y técnico del tema, existen aspectos relevantes aún no resueltos, como las consideraciones éticas y sociales que se relacionan con la fuente de las células en cuestión para ser usadas. Este punto se encuentra permanentemente en discusión y aún está lejos de llegarse a una solución que satisfaga todas las posturas. Una posible solución se encuentra en el uso de dos fuentes diferentes de células troncales: primero, la utilización de células troncales neurales obtenidas de áreas neurogénicas del cerebro adulto, y por otra parte, la posibilidad, aún lejana, de utilizar células pluripotenciales obtenidas de cualquier parte del cuerpo, preferentemente médula ósea, lo que abre la posibilidad de un autotransplante, terminando así con el debate ético y con el rechazo del organismo donante a las células transplantadas.

Sea cual fuere la fuente de las células madre a utilizar, varios hitos científicos tienen que ser alcanzados. Es urgente la necesidad de desarrollar métodos confiables para aislar e identificar de forma prospectiva los distintos linajes celulares de las células troncales. Luego será necesario dilucidar sus propiedades para así propagarlas clonalmente in vitro. De esta manera se podrá generar una disponibilidad mayor de cultivos homogéneos de los que se encuentran disponibles hasta ahora. Un análisis a nivel genético aplicado para purificar los cultivos de células troncales neurales podría representar una herramienta útil para definir los diferentes linajes celulares. El próximo paso será el de aumentar nuestra comprensión sobre los mecanismos involucrados en la especificación y diferenciación para poder así controlar el destino de las células transplantadas y de evitar efectos laterales, como es la tumorigénesis.

El estudio de la biología de las células troncales neurales o de las células troncales embrionarias debe realizarse de forma paralela a la investigación de los mecanismos patogénicos de los desórdenes del SNC, que son blancos potenciales al transplante celular.

En suma, llegar a cumplir el sueño de curar las enfermedades neurológicas mediante células troncales es una posibilidad aún inalcanzable y no exenta de riesgo. La terapia con células troncales será importante, pero seguramente no suficiente por sí sola para tratar las enfermedades neurodegenerativas. Las estrategias alternativas y complementarias deberían continuar siendo desarrolladas, entre las cuales podría incluirse la terapia neuroprotectora, aproximación neuroquirúrgica y la rehabilitación cognitiva y física.

Una línea de investigación completamente distinta se basa en el hecho de que existe una neurogénesis fisiológica en el SNC del adulto. La proliferación, migración e integración neuronal dentro del cerebro se realiza mediante la información intrínseca que se expresa en el genoma de la célula troncal y las señales celulares que provee el ambiente cerebral. El uso futuro de factores tróficos neurales que determinen la migración al sitio dañado, la proliferación específica del fenotipo celular deseado y la reconstrucción del circuito original, omitiendo todo el problema técnico y ético de la manipulación celular, constituye una de las alternativas terapéuticas más interesantes y alentadoras. Aunque en este minuto parece lejano, y falta mucho por saber sobre los factores tróficos neurales, esto tiene posibilidades reales de ser logrado algún día.

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Dirección para Correspondencia:

Sergio Illanes Díez
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Recibido: mayo de 2003
Aceptado: junio de 2004