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2 Programa Teórico 1.- La herencia de los seres vivos. Base genética de la herencia. Dogma central de la Biología Molecular. Herencia de los caracteres: Mendelismo. 2.- Genética y evolución. Evolución de las especies: Darwinismo. Diversidad de las especies y poblaciones. Conservación de los recursos genéticos. 3.- Genes y conducta. genotipo- ambiente. Genética del comportamiento. Heredado o adquirido? Interacción 4.- Genética y salud. Enfermedades con base genética. Terapia génica y Farmacogenética Células madre. Tipos, obtención y aplicaciones de las células madre. Células madre y cáncer. Trasplantes. Criopreservación. 6.- Ingeniería genética y biotecnología. Técnicas de ingeniería genética. Proyecto genoma humano. Biotecnología y medio ambiente. 7.- Ingeniería genética: Organismos Aplicaciones. Alimentos transgénicos. Polémica. transgénicos. Metodología.

3 Definición Llamamos células madre a un tipo especial de CÉLULAS INDIFERENCIADAS que tienen la capacidad de DIVIDIRSE INDEFINIDAMENTE sin perder sus propiedades y llegar a producir: - Células especializadas como células de la sangre y del sistema inmunológico. - Células de diferentes tejidos y órganos como células del sistema nervioso, del páncreas, hígado, corazón, vasos sanguíneos, hueso, cartílago, tejido adiposo y otros tipos celulares.

4 Características Características de las Células Madre

5 Tipos de Células Madre Totipotentes: puede crecer y formar un ORGANISMO COMPLETO, tanto los componentes embrionarios (capas embrionarias, linaje germinal y saco vitelino), como los extraembrionarios (placenta). Es decir, pueden formar todo los tipos celulares. l Pluripotentes: no puede formar un organismo completo, pero puede formar cualquier OTRO TIPO DE CÉLULA proveniente de los tres linajes embrionarios (endodermo, ectodermo y mesodermo), así como el germinal y el saco vitelino. Pueden, por tanto, formar linajes celulares.

6 Tipos de Células Madre Multipotentes: son aquellas que sólo pueden generar CÉLULAS DE SU PROPIA CAPA O LINAJE embrionario bi i de origen (por ejemplo: una célula l madre mesenquimal de médula ósea, al tener naturaleza mesodérmica, dará origen a células de esa capa como miocitos, adipocitos u osteocitos, entre otras). Unipotentes: pueden formar únicamente UN TIPO DE Unipotentes: pueden formar únicamente UN TIPO DE CÉLULA particular.

7 Células Madre embrionarias y germinales

8 Células Madre embrionarias y germinales Células madre pluripotenciales en el embrión temprano

9 Células Madre embrionarias y germinales En 1994 se aisló por primera vez células madre humanas, pero no fue hasta 1998 que dos grupos informaran de la obtención de un cultivo de células madre humanas, reproduciendo lo que ya se había logrado en ratones: Universidad de Wisconsin: aislamiento y cultivo de células madre embrionarias (ES) a partir de blastocistos sobrantes procedentes de programas de FIV. Universidad Johns Hopkins: a partir de fetos abortados. En la actualidad se utilizan como modelo para estudiar el desarrollo embrionario y para entender cuáles son los mecanismos y las señales que permiten aunacélula l pluripotente t llegar a formar cualquier célula plenamente diferenciada del organismo.

10 Células Madre adultas En un individuo adulto hay tejidos en los que algunas de sus células se dividen activamente, amente pero en otros no. Entre los que se dividen están la médula ósea y la piel, en ellos encontramos células madre de la médula ósea y de la piel. En otros tejidos se han encontrado también células madre especializadas, capaces de reproducirse y de generar tejidos especializados y sólo esos tejidos. En un principio se pensó que las células madre adultas sólo podían generar células especializadas del mismo tipo. Sin embargo se ha observado que estas células pueden llegar a generar células con una especialización diferente de la original.

11 Células Madre adultas Células madre en el cuerpo adulto

12 Biología básica de las Células Madre adultas En animales aes modelos os como o la mosca del vinagre o el ratón, se han podido do encontrar en las células madre adultas patrones de diferenciación (moléculas en la superficie). La investigación se está centrando en las señales externas e internas que reciben las células madre. Qué moléculas se envían unas células a otras?, y cómo estos mensajes desde el exterior ponen en marcha una serie de factores para activar genes, cuyos productos ejercen una serie de efectos: reorganizar los orgánulos celulares, la división celular, diferenciación funcional, etc. Internamente también existe regulación ( relojes internos ).

13 Plasticidad de las Células Madre adultas (Transdiferenciación) En los últimos años se está demostrando que las células madre de un linaje puedan dar origen a células de otros linajes. Esto supone que el potencial de desarrollo de las células madre de un tejido no estaba restringido a las células diferenciadas del tejido en el que residen. Por ejemplo: Células madre de médula ósea como origen de células hepáticas. Células madre cerebrales que dan línea sanguínea.

14 Aplicaciones de las Células Madre Células Madre embrionarias en cultivo Nos permitirán conocer los mecanismos de especialización celulares. Qué mecanismos hacen que un gen sea activo y cuales inhiben la expresión de ese gen. El cáncer, por ejemplo, es un caso de especialización celular anormal. Pueden servir para probar nuevos medicamentos en todo tipo de tejidos antes de hacer las pruebas reales en animales o en humanos. Las células madre tendrán aplicaciones en terapias celulares, medicina regenerativa o ingeniería tisular. Por ejemplo, las células madre pluripotentes estimuladas a desarrollarse como células especializadas ofrecen frecuentemente la posibilidad de reemplazar células y tejidos dañados. Se podrán emplear para casos de Parkinson y Alzheimer, lesiones medulares, quemaduras, lesiones de corazón o cerebrales, diabetes, osteoporosis yartritis titi reumatoide.

15 Aplicaciones de las Células Madre PARKINSON TIPOS DE ANEMIAS DAÑOS DE MÉDULA ESPINAL LESIONES MEDULARES ARTRITIS REUMATOIDE DIABETES DÉFICIT INMUNOLÓGICOS AGUDOS ESCLEROSIS MÚLTIPLE LESIONES DE CORAZÓN LEUCEMIAS AGUDAS ALZHEIMER OSTEOPOROSIS LESIONES CEREBRALES QUEMADURAS

16 Aplicaciones de las Células Madre

17 Terapias con Células Madre El retrato robot de una buena célula madre para terapias celulares y trasplantes en humanos sería como sigue: Debería ser efectivamente t pluripotente, t idealmente que se pudiera generar cualquier tipo buscado de célula. Debería ser inmortal, es decir, tener la capacidad de proliferar (autorrenovarse) indefinidamente. Debería carecer de potencial tumorigénico. Debería ser susceptible de manipulación genética,, para permitir modificaciones genómicas precisas, incluyendo la introducción de genes terapéuticos.

18 Información de interés Continuamente t salen nuevas noticias i sobre avances con las células l madre y dentro de la Ingeniería Celular podemos encontrar artículos tan interesantes como éstos: Un estudio revela que la grasa humana es una fuente de células madre El trasplante de células madre de la médula ósea permite regenerar el corazón después de un infarto Células madre adultas contra las lesiones de la médula espinal Crean retinas a partir de células madre También podemos encontrar bancos de células l madre que nos prometen poder acceder a células madre recolectadas del cordón umbilical de nuestro recién nacido para usarlas en el tratamiento de posibles enfermedades:

19 Obtención de Células Madre CÉLULAS MADRES ADULTAS Técnica de transferencia nuclear (CLONACIÓN TERAPÉUTICA)

20 Obtención de Células Madre CÉLULAS MADRES EMBRIONARIAS Embriones obtenidos por fertilización in vitro Tejidos fetales humanos

21 Obtención de Células Madre

22 Obtención de Células Madre Almacenamiento de la Sangre de Cordón Umbilical: Sólo puede colectarse en el momento del nacimiento. Colectada a través de un circuito cerrado (estéril), en una bolsa. El procedimiento no dura más de 15 minutos. La unidad de sangre es transportada al Laboratorio de Procesamiento en dónde es criopreservada bajo estrictas ti t normas de calidad y almacenada a -196º C. Indoloro y seguro para la madre y el bebé, y no interfiere con el protocolo establecido para el parto.

23 Obtención de Células Madre Cuáles son las principales características de las células de la sangre de Cordón Umbilical? Fuente rica de Células Madre. Sus células tienen cualidades biológicas únicas. Son inmunológicamente inmaduras y son jóvenes. Las Unidades de Sangre de Cordón se almacenan criopreservadas en Bancos de Sangre de Cordón Umbilical autólogos o no.

24 Aplicaciones EJEMPLO: Corazón infartado curado por células madre Por primera vez en España en la Clínica Universitaria de Navarra se ha curado un corazón infartado implantando células madre del propio paciente. El paciente tenía una parte del músculo cardíaco muerto a causa de varios infartos. Se le extrajeron células del muslo, se seleccionaron y purificaron las células madre. Después de cultivarlas durante tres semanas se inyectaron en el músculo infartado. La recuperación fue prodigiosa.

25 Aplicaciones EJEMPLO: Corazón infartado curado por células madre Proceso:

26 Aplicaciones EJEMPLO: Corazón infartado curado por células madre

27 Aplicaciones EJEMPLO: Corazón infartado curado por células madre Noticia actual Noticia actual 2

28 Clonación terapéutica En el año 2001 el gobierno inglés permitió la investigación con embriones humanos para obtener células madre. Unos años más tarde (2007), se uniría España como noveno país del mundo en aprobar la clonación terapéutica, con la Ley de Investigación Biomédica. Fines de la clonación Reproductivos Terapéuticos No hay logros en este campo Se obtienen células pluripotenciales Alta carga ética Grandes avances

29 Clonación terapéutica Proceso de clonación: Se le extrae el material nuclear aunóvulo óvulo. Se extrae el núcleo de una célula adulta del individuo a clonar y se transfiere el núcleo extraído de la célula adulta al óvulo. A partir de aquí tenemos un cigoto artificial que podrá, tras su desarrollo embrionario, crecer hasta convertirse en un individuo clónico, genéticamente idéntico al individuo del que se extrajo la célula adulta.

30 Clonación terapéutica

31 Células Madre y Cáncer Tumor: Cualquier alteración de los tejidos que produzca un aumento de volumen. Es un agrandamiento anormal de una parte del cuerpo, que aparece, por tanto, hinchada o distendida. En sentido restringido, un tumor es cualquier bulto que se deba a un aumento en el número de células que lo componen, independientemente de que sean de carácter benigno o maligno. Cuando un tumor es maligno, tiene capacidad de invasión o infiltración y de metástasis a lugares distantes del tumor primario, y entonces es un cáncer. Cáncer: Conjunto de enfermedades en las cuales el organismo produce un exceso de células malignas (conocidas como cancerígenas o cancerosas), con crecimiento y división más allá de los límites normales (invasión del tejido circundante y, a veces, metástasis). Metástasis: Propagación de un foco canceroso a un órgano distinto de aquel en que se inició. Ocurre generalmente por vía sanguínea o linfática. Las células cancerosas surgen a partir de células madre genéticamente defectuosas

32 Controversia sobre las Células Madre Es el debate ético sobre las investigaciones de la creación, uso y destrucción de las células madres embrionarias. La oposición a las investigaciones dice que esta práctica puede llevar a la clonación y fundamentalmente a la desvalorización de la vida humana. Contrariamente, las investigaciones médicas opinan que es necesario proceder con las investigaciones de las células madre embrionarias porque las tecnologías resultantes podrían tener un gran potencial médico, yque el exceso embrionario creado por la fertilización in vitro puede ser donado para las investigaciones. i El constante debate ha hecho que autoridades de todo el mundo busquen regularidad en los trabajos y marquen el hecho de que las investigaciones de las células madre embrionarias representan un desafío ético y social.

33 La Genética en los trasplantes

34 La Genética en los trasplantes Introducción Un trasplante o injerto es la transferencia de células vivas, órganos o tejidos de una parte del organismo a otra o de un individuo a otro. En España: Hay 34,44 donantes por cada habitantes. Se realizaron 4218 intervenciones en 2011, principalmente de riñón. Hay 4500 españoles a la espera de un trasplante renal. Se estima que como mínimo se tardan dos años en encontrar un órgano compatible. Uno de cada diez pacientes fallecen en la lista de espera de trasplantes de corazón. Tendencia en Europa a bajar el número de donaciones. Se pretenden salvar vida más al año en Europa con planes para fomentar la donación.

35 La Genética en los trasplantes Tipos de trasplantes Autotrasplante: t t aquel injerto enel que donante y receptor son el mismo individuo, por lo que no hay rechazo. Son muy comunes en transplantes de tejidos, como: porciones de piel u órganos, huesos medula ósea, vasos sanguíneos, entre otros. Singénico: es aquel que se realiza entre dos individuos que son genéticamente idénticos (gemelos univitelinos o animales de experimentación seleccionados). Por ello no hay rechazos. Alotrasplante: es el que se realiza entre dos individuos diferentes pertenecientes a la misma especie. Es el más común dentro de los trasplantes. Xenotrasplante: el efectuado entre dos individuos de especies distintas.

36 La Genética en los trasplantes Tipos de trasplantes

37 La Genética en los trasplantes Por qué se produce un rechazo? Incompatibilidad genética entre donante y receptor Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC) Es un grupo de genes que conforman el sistema de Antígenos Leucocitarios Humanos (HLA), que son una serie de proteínas presentes en la superficie de las células, que sirven como señales de reconocimiento para las células del sistema inmune. Por lo tanto, determinan en gran medida el grado de compatibilidad o incompatibilidad en el trasplante de órganos.

38 La Genética en los trasplantes Por qué se produce un rechazo? HLA igual entre receptor y donante Transplante compatible Más frecuente en individuos emparentados HLA distinto entre receptor y donante Rechazo del transplante Más frecuente en individuos no emparentados

39 La Genética en los trasplantes Tipos de rechazos Rechazo hiperagudo: que se produce sólo horas o incluso minutos después de realizado el injerto. Rechazo acelerado: que se manifiesta durante los primeros días postrasplante. Se produce por una presencia de anticuerpos preexistentes en el suero del receptor frente a las moléculas HLA del donante. Rechazo agudo: es aquel que se produce en el primer mes postrasplante. No se conoce el mecanismo exacto por el que se produce un rechazo agudo. Se cree debida a una inmunidad específica (humoral y celular), así como otros mecanismos no específicos (respuesta inflamatoria con estimulación de polimorfonucleares, plaquetas y macrófagos, etc.). Rechazo crónico: se produce meses o años después del trasplante y su etiología no se conoce con exactitud.

40 La Genética en los trasplantes Cómo se evitan los rechazos? Terapia inmunosupresora (lo más usado): Medicamentos que inhiben la actividad del sistema inmune. Contraindicaciones: Bajada de la actividad del sistema inmunológico en general. Enfermedades autoinmunes como hipertensión, hiperglucemia, daños al hígado o al riñón. Los estudios genéticos de HLA han demostrado ser los más eficaces manteniendo al receptor vivo tras el trasplante, más que con potentes drogas inmunosupresoras como la ciclosporina. Existen otras técnicas para evitar rechazos pero las dos anteriores son las más Existen otras técnicas para evitar rechazos pero las dos anteriores son las más eficaces ya que otras aun están siendo estudiadas.

41 La Genética en los trasplantes Bioética Xenotrasplantes: Se están estudiando como una posible solución. Se han realizado algunos intentos esperanzadores logrando la supervivencia de algunos días de seres humanos transplantados con órganos procedentes de animales. Polémica sobre animales transgénicos para obtener órganos y tejidos. Selección genética en bebés para salvar a otro hijo enfermo. Javier fue el primer bebé seleccionado genéticamente t en España yasísesalvó la vida de su hermano, que padecía una enfermedad d incurable. Andrés recibió una donación de sangre del cordón umbilical l de Javier 100% compatible con la de él.

42 La Genética en los trasplantes Caso de Andrés y Javier

43 APLICACIONES DE LA CRIOPRESERVACIÓN CRIOPRESERVACIÓN DE CÉLULAS SEXUALES CRIOPRESERVACIÓN DE CÉLULAS MADRES CRIOPRESERVACIÓN DE INJERTOS CRIOPRESERVACIÓN DE EMBRIONES CÉLULAS FEMENINAS CÉLULAS MASCULINAS BLASTOCISTOS ZIGOTOS

44 Criopreservación Criopreservación de células sexuales: óvulos PROCEDIMIENTO: - Se estimula la producción de óvulos (hormona estimuladora del folículo, FSH). - Se extraen los óvulos mediante operación y son cosechados. - Se someten a nitrógeno líquido (a -196 C) en la cámara de congelación, aplicando los criopreservantes. - Son almacenados en congeladores especializados, unidades de almacenamiento.

45 Criopreservación Criopreservación de células sexuales: óvulos La criopreservación es una alternativa para aquellas mujeres que hayan padecido enfermedades que ponen en riesgo la fertilidad como son: - Las enfermedades oncológicas donde la fertilidad queda afectada debido a los tratamientos de quimioterapia o de radioterapia. - Ante enfermedades de fertilidad como son: la endometriosis o menopausia precoz.

46 Criopreservación Criopreservación de células sexuales: espermatozoides El propósito de criopreservar semen (bancos de esperma) es asegurar una posibilidad de concepción de algún momento en el futuro. Existen dos tipos de criobancos de semen: Criobancos de semen a corto plazo. Criobancos de semen a largo plazo.

47 Criopreservación Criopreservación de células sexuales: espermatozoides Criobancos de semen a corto plazo: Almacenamiento de esperma durante menos de un año. Se utiliza en inseminación artificial, fertilización in vitro y otros procedimientos para tratamientos de fertilidad. El donante NO MANTIENE lazos afectivos con la futura madre

48 Criopreservación Criopreservación de células sexuales: espermatozoides Criobancos de semen a largo plazo: Se congelan indefinidamente. Y se descongelan según la voluntad específica del donante para utilizarlos en un intento de concebir un niño. El donante SERÁ el futuro padre

49 Criopreservación Criopreservación de células sexuales La técnica de criopreservación ofrece la posibilidad de conservar el ADN de los donantes de gametos (ovocitos y semen). Esta también permitirá conocer el código genético del donante con el fin de realizar estudios genéticos que confirmen o descarten las posibles mutaciones familiares y saber si sus descendientes desarrollarán una enfermedad d hereditaria. i

50 Criopreservación Criopreservación de embriones En los procedimientos i de reproducción asistida el nº de embriones que se transfiereestáentre2y4. Si hubiese más embriones de los deseados para transferir, se pueden almacenar por medio de la técnica de criopreservación. El procedimiento es muy similar al que se lleva a cabo para la El procedimiento es muy similar al que se lleva a cabo para la criopreservación de espermatozoides y óvulos.

51 Criopreservación Criopreservación de embriones Se puede criopreservar En estadio de zigoto pronuclear (Día 1) En estadio de blastocisto (Día 5, 6 ó 7)

52 Criopreservación Criopreservación de injertos PROCEDIMIENTO: - Obtención de órganos de donantes. - Sometimiento de los órganos a una disolución de cultivo celular y antibióticos. - Sustitución progresiva del medio anterior por el crioprotector diluido en un medio de cultivo celular nuevo. - Son sometidos a nitrógeno líquido a -196 C.

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