capitulo XI RegeneraciónCapítulo XI Regeneración Jesús Chimal-Monroy, Donovan Correa Gallegos & Claudio Iván Galván Hernández. RESUMEN La regeneración es un fenómeno biológico que consiste en la restauración o reemplazo de estructuras completas u órganos cuando éstos han sido dañados o amputados. El ajolote es un animal que tiene la extraordinaria capacidad de regenerar sus extremidades, su cola y parte de su corazón después de una amputación. De igual manera, es sorprendente la capacidad regenerativa del corazón y de la aleta del pez cebra. Uno de los animales más sobresalientes por su capacidad regenerativa, es la planaria, un gusano plano que es capaz de regenerar un organismo completo prácticamente a partir de cualquier fragmento que haya sido cortado. En mamíferos, la capacidad regenerativa varía; se sabe por un lado, que el hígado tiene una alta capacidad regenerativa y por otro, que en las extremidades sólo la punta de los dedos, en edades perinatales, es capaz de regenerar. El por qué algunos animales tienen gran capacidad regenerativa y otros no, es una pregunta que ha sido investigada a fondo por muchos años y aunque actualmente aún no se tiene respuesta, este conocimiento ha sentado las bases de la medicina regenerativa para su aplicación en tratamientos de enfermedades crónico-degenerativas o bien de amputaciones de extremidades en humanos. INTRODUCCIÓN ¿Qué es la regeneración? El término regeneración se ha usado ampliamente para explicar los fenómenos de reemplazo homeostático de los tejidos, por ejemplo: la piel, el linaje sanguíneo y el epitelio intestinal. Muchos organismos, a lo largo de su vida, pierden constantemente partes de su cuerpo y tienen la capacidad de reemplazarlos. Por ejemplo, en la planaria y en los gusanos anélidos existe una alta capacidad para regenerar todo su cuerpo. En vertebrados, algunos anfibios tienen la capacidad de reemplazar extremidades y colas, mientras que especies como el pez cebra regeneran el corazón. Los venados, recambian periódicamente sus astas. Los mamíferos, incluido el humano, son capaces de reparar el tejido muscular esquelético dañado o el tejido hepático; en las hembras, tras su período menstrual se lleva a cabo la renovación del endometrio. 253 CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA Mitología de la regeneración o de la inmortalidad En la mitología griega resaltan dos historias que reflejan la capacidad de regenerar órganos, lo que reflejaba la inmortalidad. En una de estas historias, Hércules hijo de Zeus, luchó contra el monstruo Hidra como parte de uno de sus 12 trabajos encomendados para purificarse. Este monstruo mitológico de origen acuático, tenía forma de serpiente y muchas cabezas. En la leyenda, Hércules al intentar matar a la bestia cortaba cada una de las cabezas, sin embargo, cada vez que lo hacía, las cabezas regeneraban y se multiplicaban. Para evitar el crecimiento y multiplicación de las cabezas, Hércules cauterizó las heridas de los cuellos recién cortados, evitando con ello la regeneración, al tiempo que lograba vencer al monstruo (1). En una segunda historia, Prometeo intentó burlar a los dioses entregándole el fuego a los mortales, motivo por el cual Zeus ordenó fuera encadenado. Bajo este castigo, en el día un águila devoraba su hígado, y éste se regeneraba durante la noche, ciclo que se repetía todos los días (2, 3). 254 En la mitología mexica, para poner en movimiento al Quinto Sol y crear a la humanidad, era necesario sacrificar a los dioses. Uno de ellos, Xólotl, hermano mellizo de Quetzalcóatl, rehuyendo a su destino se escondió en la tierra transformándose inicialmente en maíz, luego en maguey y finalmente en ajolote, cuyo nombre náhuatl es axolotl (Figura 1). Tal vez los mexicas, al conocer la capacidad regenerativa del ajolote, lo asociaran al Dios Xólotl y con ello a la inmortalidad (4, 5). Figura 1. El ajolote (Ambystoma mexicanum). Variantes criadas en cautiverio y usadas en la investigación de la biología regenerativa. en 1690. Los aportes de Trembley incluyen también las descripciones sobre la polaridad de la regeneración. influenciado por los descubrimientos de Réamur y Trembley. sus descubrimientos no adquirieron importancia sino hasta el siglo XX. sobre la regeneración de los dedos en humanos. quien tratando de descifrar si las hidras eran animales o plantas.capitulo XI Regeneración Historia de la regeneración El primero en realizar estudios científicos sobre regeneración fue René-Antoine Réamur en 1712. que tras hacer cortes era posible generar organismos completos de sus pedazos y que al hacer cortes parciales de un organismo regenerante. Morgan (9) definió la morfalaxis como la recuperación de parte o de todo el organismo a través de la remodelación de los remanentes del propio organismo. de los trabajos de Melchisedech Thevenot en 1686 y de Claude Perrault en 1688 sobre la regeneración de la cola de la lagartija y de discusiones anecdóticas. En 1823. por el otro. 255 . acuñó los conceptos de “morfalaxis” y “epimorfosis”. Para ello decidió cortarlas (6). En 1768. la hidra sería capaz de regenerar. observaciones más cuidadosas le llevaron a afirmar que era un animal. salamandras. Para ello. el proceso de cerrado de herida. al observar un alto potencial de regeneración. Existe registro. ya que permitían especular sobre la posible regeneración en humanos (7). Los experimentos de Spallanzani en vertebrados tuvieron un mayor impacto. en la Academia de Ciencias de París. definió la epimorfosis como la recuperación de parte o de todo el organismo a través de la formación de una estructura nueva que incluía un microambiente en la zona de daño. Por un lado. caracoles. debido a la gran cantidad de información difusa sobre regeneración. Aunque en un principio. a esta estructura se le denominaría posteriormente blastema (10). También demostró. Thomas Morgan se dio a la tarea de definir la “regeneración” como el reemplazo de partes pérdidas de un organismo. describió la capacidad regenerativa de las lombrices de tierra. John Todd analizó la participación de los nervios en la regeneración de la extremidad y de la cola de las salamandras (8). A finales del siglo XIX y principios del XX. Charles Bonnet. realizó los primeros experimentos en zoología. concluyó que la hidra era una planta. Réamur estudió la capacidad de los cangrejos de río para regenerar sus extremidades. se refinaron las hipótesis sobre los mecanismos celulares de la capacidad regenerativa en diferentes modelos animales. Lazzaro Spallanzani estudió la capacidad de regeneración en gusanos acuáticos. renacuajos. Durante la primera mitad del siglo XX. En 1744. A partir de 1744. ranas y sapos juveniles. el estudio de la regeneración adquirió notoriedad con los experimentos de Abraham Trembley. incluyendo el desarrollo de todo un organismo a partir de una de sus partes. Sin embargo. Si era planta. la cantidad mínima de tejido necesaria para regenerar y la capacidad de reproducción asexual de ciertos animales. babosas. podría generar una hidra con muchas cabezas (como el mitológico monstruo griego). si era animal no regeneraría. 1823 Todd descubre la función del sistema nervioso en la regeneración de la extremidad de la salamandra. LÍNEA DEL TIEMPO Año 1686 256 Investigación sobre regeneración 1712 Thevenot y Perrault demostraron por primera vez la regeneración de la cola de la lagartija. Mortiz Nussbaum y Dietrich Barfurth demostraron en protozoarios que tanto el núcleo como el protoplasma eran necesarios para la regeneración. 1750 Bonnet confirma la regeneración en gusanos. Hellmich. el sistema esquelético en vertebrados. 1744 Trembley demuestra la regeneración en la hidra.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA Sin embargo. 1844 1860 1885 1891 1894 1901 1911 1928 1930 1933 1939 1959 1961 Fritsch demuestra que la regeneración se debe a la formación de células del blastema indiferenciadas. Goodsir describe que en cada extremidad de los crustáceos existía un cuerpo parecido a una glándula que proporcionaba los precursores de las futuras patas. Sin embargo. Godlewski proporciona evidencia sobre el origen epidérmico de las células del blastema. siguiendo los trabajos de Collucci (1884). TABLA 1. Gustav Wolff realizó los experimentos de la regeneración del lente en el ojo de la salamandra. . Mostró que éste regenera a partir del iris (no de la superficie del ectodermo que es de donde se desarrolla). Réamur presenta evidencia empírica sobre la regeneración de los cangrejos de río. Trabajó con la epidermis. Butler propuso que el blastema se formaba por la capacidad del mesodermo del muñón a desdiferenciarse. Ernst Haeckel y Richard Greeff realizan experimentos de regeneración en organismos unicelulares. 1768 Spallanzani estudia la capacidad de regeneración de gusanos de tierra. Hay y Fischman confirman la función de la desdiferenciación en la formación del blastema mostrando la transición de células músculares a células mononucleares. el sistema nervioso. el muscular y el vascular. lo que implicaba la existencia de células indiferenciadas de tejido conjuntivo. Georges Mathé realizó el primer trasplante de médula ósea. Weiss propuso que el origen celular del blastema era la existencia de reservas celulares. las glándulas y órganos subepidérmicos. propuso que el origen celular del blastema era sanguíneo. Sin saberlo fue el primero en describir la formación de un blastema. Paul Frasse define las características celulares del proceso regenerativo. fue hasta la segunda mitad del mismo siglo que dichas hipótesis se replantearon a la luz de las nuevas técnicas de la Biología molecular. las preguntas sobre la regeneración son las mismas desde los planteamientos de Réamur en 1712. urodelos y anuros. Morgan define la Regeneración e introduce los términos epimorfosis y morfalaxis. la hidra y la estrella de mar. para él durante la regeneración de la planaria. no obstante diversos autores (9. no era evidente la formación de un blastema. a esta estrategia la llamó epimorfosis. a partir de fragmentos cuando los organismos han sido dañados o amputados. Por la otra. En la actualidad el uso de esta clasificación se ha conservado. a este proceso lo llamó morfalaxis. Es común que cuando se corta en fragmentos pequeños a una planaria. se forman planarias de dimensiones parecidas a los fragmentos y no al tamaño original. 15). 2) en la planaria se forma un blastema en el sitio de corte como consecuencia de la proliferación de los neoblastos (16). la modificación global del organismo para recuperar su morfología era más importante que la proliferación celular. y 3) en la hidra dependiendo del nivel de amputación o la estructura a regenerar se ha descrito que se opta por alguna de estas dos estrategias. Por ejemplo: 1) si se afecta de manera importante la proliferación como resultado de la denervación. lleva a la creación de una estructura fácilmente vista llamada “blastema” que sugirió se formaba por la proliferación de las células.capitulo XI Regeneración DEFINIENDO EL FENÓMENO La regeneración es un fenómeno biológico que consiste en la restauración o reemplazo de órganos o estructuras complejas. pero sí la plasticidad de todo el cuerpo para recuperar su morfología. 257 . como la extremidad (Figura 2) e inclusive de organismos completos como la planaria. 11-14) apuntan que estos procesos no son excluyentes e incluso son complementarios durante la regeneración. Por una parte. la amputación de la extremidad de los anfibios urodelos (salamandras y tritones). o por las dos (12. Morgan supuso que en la regeneración de la planaria. Morgan (9) propuso dos estrategias distintas de regeneración que enfatizaban los dos modelos más estudiados hasta entonces. 17). el blastema de las salamandras forma una extremidad más pequeña por reorganización de las células adyacentes como ocurre en la morfalaxis (12. que es la encargada del reemplazo incesante de las células sanguíneas (Capítulo IV). Esta estructura es llamada “blastema” y se ha especulado que este se forma a partir de la desdiferenciación de las células de los tejidos residentes y/o bien a partir de células indiferenciadas y/o células troncales. también es observado durante el reemplazo del epitelio intestinal o de la epidermis y la formación de los tejidos ocurre debido a que las células troncales residentes del tejido reciben señales que les indican que deben iniciar el programa de diferenciación celular (Capítulo VII). El término acuñado por Morgan se ha extendido y actualmente se refiere a la formación de un tejido adulto a partir de una estructura compuesta de células indiferenciadas que da origen a una nueva estructura. Existen dos ejemplos muy claros de este tipo de regeneración. la amputación de las extremidades de ajolotes y la regeneración de las planarias (Figura 3a y 3b). Este mecanismo. se caracteriza porque la regeneración ocurre a partir de una reorganización de los tejidos existentes.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA Figura 2. a los 0. 30 y 60 días (d) post aumputación. Seguimiento fotográfico de la regeneración de la extremidad del ajolote (A. mexicanum). 20. Uno de los ejemplos mejor estudiados es el que ocurre en la médula ósea. 10. Otra de las características de este proceso es la proliferación celular. Este proceso. Regeneración de la extremidad del ajolote. Morfalaxis. donde la proliferación celular es . 258 En términos generales en este capítulo consideramos que la regeneración puede ocurrir a través de 4 mecanismos (18). aunque estos pueden ocurrir al mismo tiempo en distintas especies: La regeneración mediada por células troncales. Epimorfosis. El mejor ejemplo de este tipo de regeneración se lleva a cabo en el hígado. . el proceso se vuelve epimórfico. En cualquiera de los casos. pero reducido en tamaño. En este proceso ocurre la proliferación de las células diferenciadas para restaurar el tamaño original del órgano dañado. después de la regeneración el organismo crece hasta alcanzar su tamaño original. sino que además adquieren la forma adecuada que permite la funcionalidad de la estructura regenerada. El mejor ejemplo de este tipo de regeneración es la que lleva a cabo la hidra (Figura 3c). Por otro lado. es importante resaltar que las células a partir de las cuales ocurrirá la regeneración son capaces de identificar su posición y de restablecer el patrón espacial de los tejidos formados. Hasta ahora no se ha observado que las células que proliferan se originen de células troncales o de un blastema. este proceso se llama morfogénesis (19).capitulo XI Regeneración muy reducida o nula. por lo que son considerados procesos epimórficos. las células en los sitios de corte forman las estructuras a regenerar por procesos morfaláxicos. donde proliferan activamente las células troncales intersticiales. En el caso del ajolote. Este organismo es capaz de regenerarse por completo a partir de un fragmento de tejido y el organismo formado es exactamente igual al organismo de origen. 259 Figura 3. la amputación del pie y/o la decapitación no forman blastemas y no hay proliferación en los sitios de corte. en las hidras (c). La regeneración de la extremidad del ajolote (a) y de la planaria (b) están mediadas por la proliferación celular y formación de un blastema en el sitio de corte. mientras que los neoblastos son la principal fuente celular en la planaria. las células provienen de los tejidos adyacentes. Pero en el caso de que el corte fuese a la mitad del cuerpo. Regeneración compensatoria. Epimorfosis y morfalaxis. Sin embargo. además resulta interesante que las células indiferenciadas no sólo se rediferencian en los tejidos. Si la señal se reduce o elimina. Mientras ocurre la proliferación. 260 La señalización WNT es una ruta bastante conservada en la evolución. 26). Por lo tanto. Durante la regeneración. Las células troncales no entran inmediatamente al programa de diferenciación. Este blastema surge a consecuencia de la proliferación de una población de células troncales pluripotentes llamadas neoblastos (16. En este proceso es importante la presencia de un nicho de células troncales. de manera que el organismo regenera de manera correcta (25). uno de los más conocidos. con una porción cefálica identificable con dos manchas oculares en la parte dorsal. capacidad que es usada como una estrategia de reproducción asexual al auto-segmentarse (25). Regeneración por epimorfosis Regeneración de planarias. El epitelio intestinal. para mantener la homeostasis del epitelio intestinal. el hematopoyético. La señalización a través de la vía “WNT”. es otro de los ejemplos mejor conocidos en los que el recambio se lleva a cabo a partir de la activación de las células troncales que residen en las criptas. al interactuar activan la proteína β-catenina promoviendo su liberación de un complejo que la lleva a degradación (23. tiene una función muy importante en este proceso de diferenciación. las planarias forman una estructura especializada o blastema en el sitio de daño. se caracteriza por la presencia de ligandos WNT que se unen a receptores tipo Frizzled.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA La regeneración mediada por células troncales. Tienen gran capacidad de regenerar segmentos o la totalidad de su cuerpo. las células de la base de las criptas migran hacia su parte superior en donde inicia su diferenciación (20). este proceso está asociado a la generación de tumores (21-23). el compartimento de células troncales se pierde y. al sobre activar la señalización WNT la población de células troncales se incrementa. existen señales que contrarrestan los efectos de la señalización WNT y promueven la diferenciación del epitelio intestinal. no segmentados del filum de los Platyhelmintos. por el contrario. La planarias son gusanos planos. A partir de esta estructura. La β-catenina activada regula positivamente la transcripción de una gran variedad de genes. antes llevan a cabo una amplificación transitoria que da origen a las células precursoras. Uno de los aspectos más sobresalientes del estudio de la regeneración de las planarias es que los fragmentos que son capaces de regenerar lo hacen estableciendo los distintos ejes de simetría. 24). una porción central con una abertura ventral y una faringe dilatable y la cola en la porción posterior. se explica en el capítulo VII. El fragmento del animal que se cortó hacia la región anterior es capaz de formar una cabeza con mucha mayor frecuencia que lo que lo hace un fragmento cortado hacia la región posterior (asociado a la regeneración de la . todos los tejidos que se perdieron por la amputación inician su formación (27) (Figura 3b). Al ser amputada una extremidad del ajolote. Una vez que la extremidad amputada ha cerrado la herida y formado el blastema ocurren muchos procesos que llevan a la morfogénesis de la extremidad y el establecimiento de los patrones de manera similar a lo que ocurre durante la formación de la extremidad embrionaria. Sox2 y Klf4 (CapítuloXIII). Regeneración de extremidades de urodelos Los anfibios del orden de los urodelos como las salamandras. la forma más severa de alteración en la polaridad es una planaria con una gran cabeza con una simetría tipo radial (25. con dos cabezas y dos faringes o con dos cabezas y faringes desorganizadas. también se lleva a cabo el proceso de cerrado de herida. tritones y el ajolote Ambystoma mexicanum (Figura 1). aún no se ha logrado establecer si el blastema alberga células troncales. a diferencia de los urodelos existe una respuesta inflamatoria que conlleva a la formación de una cicatriz (31. 28. y en los anfibios anuros la capacidad de regenerar sus extremidades se pierde una vez que los animales salen de su etapa larvaria (asociado a cambios en los sistemas inmunológico. Se ha descrito que la señalización WNT es sumamente importante para establecer esta polaridad anteroposterior. se observa 261 .capitulo XI Regeneración cola). Esto sugiere la existencia de gradientes de señalización que le confieren la polaridad antero-posterior al fragmento en regeneración. 19). en particular. es el tejido cercano a la herida que se ha desdiferenciado hacia un estado pluripotencial. los reptiles y los mamíferos carecen de la capacidad de regenerar sus extremidades. Recientemente se reportó que las extremidades en regeneración de salamandra expresan marcadores de células pluripotenciales como Nanog. Posterior al cerrado de la herida se forman dos estructuras que promueven la regeneración de la extremidad. Sin embargo. Vertebrados como las aves. óseo y endocrino). a partir de la cual pueden regenerarse todas las estructuras de la extremidad (33). En la extremidad en regeneración. poseen un potencial regenerativo envidiable dentro de los vertebrados ya que son capaces de regenerar la cola. estructuras tan complejas como la extremidad (Figura 2). El blastema ha sido considerado como un grupo heterogéneo de células que conservan su memoria posicional y cuyo origen. En primer lugar ocurre la reparación de la herida. sin embargo. 32). 1) el blastema que se forma entre el epitelio que cierra la herida y el tejido del muñón y 2) la Capa Epidérmica Apical (AEC por sus siglas en inglés) que se forma por debajo del epitelio que cubre la herida (18. el ojo. la mandíbula. Una disminución gradual de la señalización WNT o su ausencia lleva a la generación de individuos sin cola. que carecen de la capacidad de regenerar la extremidad. varios órganos internos y. que muestra paralelismos con el desarrollo embrionario (30). ocurren varios procesos celulares que culminan con la regeneración completa de todas las estructuras de la extremidad (19) (Figura 3a). En mamíferos. 29). que es un proceso bastante rápido en el que se incluye una gran remodelación de la matriz extracelular. mientras que si se activa. que prolifera lentamente y se cree dirige el crecimiento regenerativo. se promueve. se promueve la regeneración de las extremidades incluso en etapas en las que normalmente no regenera. Por ejemplo. Regeneración de las aletas de peces. el blastema del pez cebra se divide en dos subpoblaciones funcionalmente distintas. Por ejemplo. No se ha reportado hasta la fecha. La regeneración de la extremidad puede bloquearse si en algún momento del proceso estas estructuras (epitelio de cierre de herida. Este último proceso depende de la AEC la cual es muy similar a la cresta ectodérmica apical que se forma en el primordio de la extremidad embrionaria. La primera subpoblacion corresponde al blastema distal. mientras que si se activa en la rana africana Xenopus laevis. 35). Si se bloquea la señalización de WNT en extremidades en regeneración. algún estudio que sugiera el origen de las células que forman el blastema durante la regeneración de la aleta.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA que las células indiferenciadas dentro del blastema responden a las señales específicas que inducen la formación de los distintos linajes celulares. Sin embargo. Otro de los factores que se ha considerado en el estudio de la regeneración es la innervación. 262 Es importante resaltar que las extremidades en regeneración normalmente recuperan las partes faltantes. 37). si se bloquea la señal WNT en extremidades de ajolotes durante la regeneración. de los cuales se forman blastemas independientes en el sitio de corte durante la regeneración. generando una duplicación próximo-distal. un exceso de ácido retinoico es capaz de inducir la regeneración de una extremidad completa sin importar el nivel al que se corta. esta es inhibida. El componente principal de las aletas son los radios espinales. que dan origen a los distintos tejidos de la extremidad con una organización espacio-temporal que lleva al desarrollo correcto y funcional de la extremidad. El proceso de regeneración en la aleta del pez cebra difiere de la regeneración de la extremidad en otros vertebrados. blastema y la AEC) son eliminadas. las aletas de los peces son mucho más simples y carecen de musculatura. en que el proceso de cerrado de herida sólo implica la migración celular. Esta relativa simplicidad permite regenerar completamente las estructuras pérdidas en menos de dos semanas (38). el uso de fármacos que inhiben o sobre activan los gradientes de señalización generan anomalías en el proceso de regeneración. ésta se inhibe. Hay reportes que sugieren una participación importante de la señalización WNT en la regeneración de las extremidades (34. mientras que la segunda subpoblación corresponde al blastema proximal que prolifera rápidamente (39). este proceso dura menos de dos días y está regu- . ya que se sabe que los factores neurotróficos son capaces de estimular la expresión de genes implicados en ella (36. Particularmente. A diferencia de la extremidad de los urodelos. pero la evidencia apoya la hipótesis de que el blastema se forma por desdiferenciación de las células presentes como ocurren con el ajolote. y al igual que los ajolotes llegan a la madurez sexual manteniendo características físicas juveniles. 42). en la proliferación celular y en el crecimiento adecuado de la aleta al regular la expresión de genes y la activación de otras rutas de señalización (40. el epitelio que cubre la herida no se desarrollará de manera correcta (40). las células troncales endodermales y las células troncales ectodermales con una menor capacidad mitótica (42).capitulo XI Regeneración lado por la sobre expresión de moléculas de las que resaltan algunos miembros de la familia WNT. existe un centro organizador o morfógeno que emite una señal de WNT que promueve su formación (17. Se sabe que en la cabeza. Las hidras son cnidarios del grupo de los hidrozoos. las células endodermales en el sitio de corte pasan por un estado transitorio donde pierden sus uniones y su polaridad apicalbasal. Se sabe que la expresión diferencial de WNT a lo largo del eje próximo-distal participa en la formación del blastema. Después las células recuperan su polaridad y cambian su morfología para regenerar las estructuras de la cabeza por el mecanismo de morfalaxis. las células más basales al sitio de corte adquieren la identidad de disco basal. Tras una decapitación. Sin embargo. adquiriendo una morfología redonda y desorganizada semejante a un blastema. La regeneración de la hidra es también un excelente modelo para estudiar la formación de los patrones espaciales. por una migración activa y un desplazamiento pasivo de las células hacia los dos polos (cabeza-pie) (12. En la regeneración del pie. La distribución y diferenciación de las células están determinadas por la constante división de células troncales en el cuerpo columnar (Figura 3c). 42). 42). Dentro del cuerpo columnar de la hidra hay tres poblaciones celulares que cumplen los criterios de troncalidad: las células troncales intersticiales -con gran capacidad mitótica-. 17. 41). Regeneración por morfalaxis Regeneración de hidras. En este caso la regeneración depende únicamente de la proliferación de las células troncales y su migración activa y pasiva (43). Su expresión mantiene 263 . WNT inicia su expresión a los 15 minutos y mantiene su expresión hasta que termina el proceso. el cuerpo columnar en el que se ubica el intestino y la cabeza donde se encuentra el hipostoma que contiene una boca primitiva y los tentáculos motiles. Esta diferencia en el proceso de regeneración de la cabeza dependiente del nivel de corte se ha asociado a dos cosas: 1) la presencia de un morfógeno que regula la polaridad antero-posterior y 2) los niveles de apoptosis. Si la señalización WNT/ β-catenina se altera en las primeras 6 horas de amputación. por otra parte. Durante la regeneración de la cabeza de la hidra no hay proliferación celular evidente. Su cuerpo se divide en tres segmentos: en la base del cuerpo está el disco basal o pie con el que se aferran a algún sustrato. si el corte se realiza a la mitad de cuerpo columnar se lleva a cabo la regeneración de la cabeza por un mecanismo epimórfico (17. La pérdida del tejido hepático puede ocurrir por muchas causas. En ausencia de WNT. los hepatocitos son capaces de transdiferenciarse hacia células epiteliales biliares en condiciones en las que estas células no serían capaces de proliferar. OTROS MODELOS DE REGENERACIÓN Regeneración de la punta de los dedos en mamíferos Un modelo que ha planteado dudas acerca de la regeneración en mamíferos. que inicia su ciclo celular una vez que comienza la regeneración (44). Los hepatocitos son el primer linaje celular que prolifera en el proceso de regeneración. posteriormente lo harán los otros tipos celulares residentes del hígado. probablemente.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA la regeneración. Cuando se corta la falange terminal del dígito de las extremidades de ratones de hasta 3 . Por un lado. 45). Se ha establecido que en la regeneración del hígado podrían participar células progenitoras residentes. se ha observado que en el hígado en regeneración. en los canales de Hering en el árbol biliar. lo que refleja la importancia del hígado como un órgano vital en el metabolismo del individuo. se sabe que es capaz de recuperarse aun después de la eliminación de un 70% de su masa tisular. Existe otra señal proveniente de la parte inferior del cuerpo que es capaz de inhibir la formación de la cabeza. las células del epitelio biliar y los endotelios. regula la correcta formación de los ejes y brinda las señales necesarias para activar el programa regenerativo y no limitarse a un simple cerrado de herida. pero una de las principales se debe a la muerte celular provocada por la ingesta de toxinas o por infecciones virales. Esta promueve la diferenciación de las células progenitoras “ovales” hacia hepatocitos. En humanos este proceso ocurre en un lapso de tiempo de 3 a 6 meses (18). es la regeneración de la punta del dedo de ratones perinatales (46). El tipo celular más abundante del hígado es el hepatocito. Regeneración compensatoria Regeneración del hígado. las células de Kuppfer. Por otro. llamadas células ovales. o cuando esta capacidad está limitada por factores externos (44). las células ovales se diferencian hacia células del epitelio biliar (24. 264 El hígado es el único órgano de mamíferos con una gran capacidad regenerativa. se ha observado que estas células progenitoras se diferencian hacia hepatocitos. Es importante resaltar que en este proceso los hepatocitos no se desdiferencian. momento en el cual se restablece toda la organización de los hepatocitos. Resulta interesante mencionar que la arquitectura correcta del hígado no se lleva a cabo hasta finalizar el proceso de la regeneración. En la regeneración hepática se sabe que participa la ruta WNT. esta tendrá una forma de gancho y será más corta (Figura 4K. Aunque el proceso de regeneración en la falange terminal del dígito generará una falange nueva. Por lo tanto. la médula ósea se transforma en tejido óseo (Figura 4H 4L y 4P). 4O y 4P). Esto alienta la idea de que al entender semejanzas y diferencias entre mamíferos y anfibios se pueda mejorar la capacidad regenerativa en roedores y en última instancia. 265 . principalmente de los fibroblastos en el tejido conjuntivo. Pocos laboratorios en el mundo han desarrollado estrategias para encontrar la identidad celular del blastema. la parte más distal inicia un proceso de osificación directa). mostró que la cepa MRL posee un mayor potencial regenerativo que otras cepas. es parecida a la mostrada en anfibios (47). La capacidad regenerativa de la punta del dedo disminuye mientras más proximal sea el nivel de la amputación.capitulo XI Regeneración semanas de nacidos se ha observado que regeneran (Figura 4). sin demostrarse. mediado por la creación de un blastema formado de células de origen mesenquimal. De manera general. ya sea por su edad o por que la amputación se realiza en una zona diferente a la falange terminal. se hace relevante determinar la presencia de células troncales en la punta de los dedos de animales en edades con capacidad regenerativa y compararlos con animales que han perdido esta capacidad. Este proceso de regeneración se cree que es parecido a los urodelos. Se ha sugerido. en la regeneración del dígito. Un estudio comparativo entre distintas cepas de ratones. Cortar la cuarta parte más distal de la última falange conlleva a una adecuada regeneración. cortes en la mitad de la falange afecta importantemente la capacidad regenerativa y amputaciones más proximales no pueden recuperarse. 4L. El origen exacto de las células que forman el blastema y su naturaleza se desconoce. en humanos (46). La regeneración de la falange terminal implica un proceso dual de osificación (mientras que la parte que queda próxima a falange medial inicia un proceso de osificación endocondral. Dicha capacidad. que la regeneración del dígito se debe a la existencia de células troncales en la región ungueal (zona de formación de la uña) (Figura 4B 4F y 4H). A los 7 días post amputación el dedo 3 (G-H vs E-F) esta inflamado.o. A lo largo de la f. lo que queda de la f. (A) Vista ventral de la pata posterior del ratón. Barras de escala: (A) 1 mm. (D) Secuencia temporal de regeneración.) cojinete y (u. La amputación se realizó a la mitad de la falange terminal eliminando la región correspondiente de la uña y un pedazo del cojinete del dedo (este incluye la epidermis. es más gruesa que la del control (J. adquiere una forma de gancho (L.) uña.) falange terminal. Durante la regeneración. la médula ósea (m.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA 266 Figura 4. G. (C) Vista sagital del dígito amputado a nivel distal. K. la f.) se transforma en tejido óseo (t. H. (B) Vista sagital del dígito en el día 11 posnatal. dermis y glándulas). En el dígito regenerante.t. N) y su longitud es menor. Tinción tricrómica de Masson donde se aprecian: (m. y 35 días post amputación (pa).m.) falange medial.o.) (L-P). (f. P) 200 mm.P). (f. El proceso de regeneración del dígito de ratón dura aproximadamente 30 días. Tinción de esqueleto con azul alciano y rojo alizarina. La matriz ungueal quedo intacta. no se recupera durante el proceso de regeneración (H. Se obtuvieron los dedos 2 (control) y 3 (amputado) a los 7. O. (c. P).t.u. Regeneración del dígito de ratón. está en un proceso de osificación endocondral y el cojinete ha desaparecido. N. que se ha perdido en la amputación.t.t. L.) matriz ungueal. 25. del dígito regenerante se observan islotes de hueso que se está separando. La falange terminal (f.) tiene forma de garra y se embebe en la uña. F. L. (M) 228 mm y (E.t. La amputación del dedo 3 se realizó el día 11 post natal. El cojinete. I. J. Se muestra la identidad de los dígitos (1-5) en el eje anteroposterior. . perdidos durante la autotomía (proceso de auto-segmentación). Se empezó a investigar sobre fe- 267 . ya que anualmente producen un par de nuevas astas a partir de protrusiones en el cráneo llamadas pedículos.capitulo XI Regeneración Regeneración de las astas Las astas de los cérvidos (renos. EVOLUCIÓN Y REGENERACIÓN Una de las preguntas que surge del estudio de la regeneración se refiere a la aparición del proceso en la evolución de los organismos. también llamado periosteo asterogénico (AP). esto en respuesta a picos de testosterona temporales. la acción de células troncales multipotentes en otros organismos con gran capacidad regenerativa como los equinodermos: lirios de mar. los pioneros en el estudio científico de la regeneración se percataron de la importancia de otros factores. por ejemplo medio ambientales (la disposición del alimento. el ciclo de muda de exoesqueleto y la propensión de las extremidades a ser amputados). alces) son un modelo interesante de regeneración (48). estrellas de mar. Bonnet y Spallanzani. erizos de mar. También se ha sugerido. vasculatura y dermis). por medio de la fragmentación mantienen una gran capacidad regenerativa (49). Regeneración en otros organismos Los organismos que se reproducen asexualmente. Trembley. cartílago. por la desdiferenciación de células intestinales y epiteliales (50). Los gusanos anélidos del género Enquitraeus pueden auto-segmentarse y formar hasta 10 organismos independientes en dos semanas (50). la regeneración de los segmentos intermedios se da por la morfalaxis de los anillos originales. así como en los protocordados ascidias (5155). Aunque el debate fue desestimado por Morgan (9). surge a partir de la formación de un blastema en la parte más anterior para formar la cabeza y otro posterior para la cola. Aunque este proceso no está descrito a profundidad se presume que ocurre por epimorfosis. al percatarse que incluso en animales parecidos variaba la capacidad regenerativa (Figura 5). el blastema de estos gusanos anélidos se forma por la acción de neoblastos y además. La recuperación de los segmentos. Asimismo. la falta de herramientas moleculares dificultan su estudio. Dicha pregunta se planteó incluso antes de los postulados de adaptación natural y evolución de Lamarck y Darwin con las descripciones de Réamur. Sin embargo. venados. La evidencia experimental sugiere que existe una población de células troncales dentro del AP responsables de la regeneración de tejidos mesoblásticos en las astas (músculo liso. Al igual que en la planaria. La capacidad para regenerar las astas reside en el periosteo frontal del pedículo. la necesidad de proponer argumentos sólidos inició dos tipos de estudios: los ecológicos y los evolutivos. la sobrevivencia. es sobresaliente la identificación de rutas de señalización comunes que han aparecido con la evolución de los metazoarios. la formación de un blastema y la consolidación del mismo en distintas especies.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA nómenos indirectos de la regeneración: el éxito reproductivo. forrajeo. A nivel molecular. durante el proceso de reparación del tejido se tendrían consecuencias en la locomoción. Los estudios ecológicos se han centrado en la evaluación de las ventajas evolutivas que representa para un organismo regenerar. establecimiento de patrones y polaridad que ocurren en los embriones de los metazoarios durante su desarrollo. alterando así la sobrevivencia (56. 49. Aunque la amputación de la extremidad implica una ventaja inmediata ya que podría sobrevivir al escapar de un depredador. 56). comparar organismos que no regeneran contra organismos que si regeneran y comparar organismos que se auto-amputan y regeneran contra organismos que se auto-amputan y no regeneran. 57. es muy importante en la generación de tumores y éstos principalmente se forman porque las células troncales son las afectadas. reproducción (fecundidad. así como la homeostasis de los tejidos adultos tienen algo en común. Bely (57) ha propuesto analizar la regeneración comparando el cerrado de herida. crecimiento y tener consecuencias metabólicas. . 17. el costo de regenerar y el costo de no regenerar (10. De igual manera hay que resaltar que esta misma señalización. Por lo tanto. conducta de apareamiento). 268 Ya desde el siglo XVIII se sabía sobre las posibles alteraciones en la extremidad regenerada. En este capítulo nos hemos enfocado principalmente a la señalización WNT. El sugiere considerar la regeneración como un proceso conservado a lo largo del árbol filogenético y que se perdió en distintas especies por presiones ambientales (Figura 5). no se habían desarrollado investigaciones sobre la influencia de la regeneración en el desempeño del propio organismo en su medio ambiente. aunque ésta no es la única ni la más importante. como un proceso evolutivamente conservado que sería el mismo o muy parecido entre todas las especies y que involucraría mecanismos conservados del mantenimiento de la homeostasis de los tejidos (12. se han utilizado dos estrategias. Se ha considerado a la regeneración. cabría preguntarse si el proceso de regeneración y los procesos de diferenciación celular. la formación de una zona inductora. pero su participación en el desarrollo y en la regeneración es innegable. sin embargo. 58). 58). es que las células a partir de las cuales ocurrirá la regeneración deben ser capaces de identificar su posición y de restablecer el patrón espacial de los tejidos formados. Una segunda alternativa que se debe considerar. es el que se logre la integración de la población celular diferenciada. Por lo tanto. Árbol filogenético que muestra organismos con capacidades regenerativas. es la “creación” de órganos completos 269 . las células troncales no son capaces de diferenciarse en el tipo celular correcto. se corre el peligro de que esta población se mantenga en su estado troncal con una alta probabilidad de generar tumores. De los aspectos más importantes que se debe tener en mente. enfocada principalmente a la terapia celular. Una primera. al hacer uso de las células troncales directamente. MEDICINA REGENERATIVA Una de las metas de la medicina regenerativa es el aplicar el conocimiento obtenido sobre el estudio de los distintos modelos animales. debe considerase como alternativa el inducir la diferenciación celular hacia un linaje específico a partir de las células troncales. en principio evitaría la formación de tumores. por lo que el reto importante. Sin embargo. y mantener este estado diferenciado. tienen la capacidad de autorrenovación y presentan división celular asimétrica. para el tratamiento de enfermedades degenerativas y en el mejor de los casos inducir la regeneración de tejidos y órganos.capitulo XI Regeneración Figura 5. se debe tener en cuenta que estas células. Esta estrategia. Existen dos alternativas para el tratamiento de enfermedades crónico-degenerativas. y en la que actualmente se están desarrollando investigaciones en este campo. de manera que si en el tejido hospedero. Note que la capacidad regenerativa disminuye mientras más complejo es el organismo (representado por el degradado). Evolución de la regeneración. sino que es necesario que las células logren generar la organización tridimensional correcta en el tejido hospedero. el humano se ha interesado en el proceso de la regeneración. i. permite generar la expectativa que en un futuro la Medicina Regenerativa logre avances importantes y proponga pensar en la restauración o reemplazo de tejidos. mediante la proliferación y restauración de la masa tisular funcional. probablemente por el deseo de recuperar estructuras del cuerpo pérdidas por alguna lesión o enfermedad. a partir de controlar la diferenciación celular y morfogénesis del órgano formado. y la Red FARMED del CONACYT. que se enfoca en la recuperación de la función. Por otro lado. es lograr inducir la regeneración de estructuras completas con el uso de pequeñas moléculas que actúan como agonistas o antagonistas de distintas rutas de señalización. evento que favorecerá la funcionalidad del tejido u órgano. en la cual el tejido restante se reorganiza para reconstruir la morfología original y IV) la regeneración compensatoria. II) La epimorfosis caracterizada por la formación de un blastema. Claudio Iván Galván Hernández recibió beca por parte de la Fundación Lorena Alejandra Gallardo. Conclusiones 270 Desde la antigüedad. podemos decir que la regeneración ocurre por 4 mecanismos: I) la regeneración mediada por células troncales residentes. El estudio de la regeneración. El conocimiento generado a partir de los estudios básicos en modelos animales. Agradecimientos Los autores quieren agradecer el apoyo bibliográfico a la Lic. .a. Para fines de estudio. órganos o estructuras complejas en los humanos. uno de los retos más importantes. III) La morfalaxis. Este trabajo fue apoyado por los financiamientos del CONACYT No 53484 y por PAPIIT-DGAPA No IN220808. Finalmente. y no de la forma.p.CELULAS TRONCALES Y MEDICINA REGENERATIVA in vitro. Lucía Brito. es importante tener en cuenta de que para lograr tratamientos exitosos no es suficiente con inducir la diferenciación celular correcta de los tejidos. ha llevado considerar a proceso como un mecanismos molecular evolutivamente conservado. Donavan Correa Gallegos recibió beca por parte del Observatorio de Visualización Ixtli de la UNAM y la Red FARMED del CONACYT. Un reto importante de la medicina regenerativa es lograr inducir la regeneración de las extremidades en humanos de manera similar a como ocurren en los urodelos. Comparative Studies in Society and History. Saló E. Development Growth & Differentiation. The neurotrophic phenomenom: its history during limb regeneration in the newt. Lade AG. 24. ed. et al. et al.3:pe21-.i>. Voermans C. México: Editorial Porrúa. 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