TEMA 4. DE LOS TRASPLANTES A LAS CÉLULAS MADRE

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1 TEMA 4. DE LOS TRASPLANTES A LAS CÉLULAS MADRE El 3 de diciembre de 1967 los periódicos de todo el mundo recogieron la noticia: un médico sudafricano, Christiaan Neethling Barnard había realizado el primer trasplante de corazón en una persona. La donante fue Dénise Darvall, una joven oficinista de 25 años que falleció al ser atropellada, junto a su madre. El donado fue Louis Washkansky, un comerciante corpulento de 56 años desahuciado por un irreversible problema cardíaco y una diabetes aguda. La operación fue llevada a cabo por veinte cirujanos a las órdenes de Barnard y duró seis horas. Cuando el paciente se despertó, declaró que se sentía mucho mejor con el nuevo corazón. En ese momento, tanto médico como paciente, se hicieron famosos. Pero, uno de ellos no lo disfrutó durante mucho tiempo: dieciocho días después de recibir un nuevo corazón, Louis Washkansky falleció por una neumonía. Era la madrugada de 21 de diciembre de El 2 de enero de 1968 tuvo lugar el segundo trasplante. El donante era un mulato llamado Clive Haupt y el receptor el doctor Philip Blaiberg. El doctor vivió 563 días más, es decir, prácticamente un año y medio. 1.- Los trasplantes de órganos Muchas enfermedades no infecciosas se deben al funcionamiento anómalo de un órgano o tejido. Los graves infartos de miocardio o las grandes quemaduras en zonas extensas de la piel no pueden resolverse con medicamentos. Una persona con un corazón que ya no puede impulsar la sangre de forma correcta, sea por el motivo que sea, solo podrá encontrar el remedio a su problema con la implantación de uno nuevo. De igual manera, una persona que haya sufrido graves quemaduras en una importante zona de su cuerpo solo podrá sobrevivir si se le implanta piel nueva. En los últimos cuarenta años, y a pesar de los fracasos iniciales, esta terapia puede mejorar las condiciones de vida de muchos enfermos y ofrecer a otros la única forma de seguir con vida. De dónde se obtienen los órganos y los tejidos que se trasplantan? Se pueden hacer trasplantes de cualquier cosa? Qué probabilidades tiene de sobrevivir una persona después de un trasplante? Existen alternativas al trasplante de tejido y órganos provenientes de donantes? Quién puede ser donante? El donante suele ser una persona en situación de "muerte cerebral" o "muerte encefálica", es decir, una persona que ha fallecido, su cerebro ha dejado de funcionar, pero los latidos de su corazón se mantienen de forma artificial para que los órganos que van a ser trasplantados estén en perfectas condiciones. Para que una persona se considere un posible donante es suficiente con que, en vida, haya transmitido a los familiares más directos la decisión de que, tras la muerte, sus órganos sirvan para salvar o mejorar la vida de otros. Su deseo será siempre respetado. En algunos tipos de trasplante el donante puede ser una persona viva. Así ocurre en los casos en los que se requiere un tejido renovable, como la piel o la médula ósea, una parte de un órgano que tiene capacidad de regeneración, como el hígado, o un órgano no imprescindible, como el riñón, puesto que es posible vivir con un solo riñón. 1

2 La legislación española La ley que regula la donación y los trasplantes en España fue promulgada en Aunque esta ley ha sido renovada en múltiples ocasiones, el núcleo de su espíritu sigue vigente y contempla como puntos fundamentales: El establecimiento de la llamada muerte encefálica como definición científica, legal y ética del concepto de muerte del individuo. Tradicionalmente se creía que alguien estaba muerto cuando el corazón dejaba de latir. El respeto a la voluntad del fallecido en cuanto a donar o no sus órganos. La necesidad de que el diagnóstico de muerte se haga por un equipo de médicos independiente del de trasplante. El carácter altruista de la donación y la no comercialización de los órganos. La garantía de anonimato del donante. La aplicación de criterios médicos para la distribución de los órganos disponibles entre los enfermos en espera de los mismos. CUANTOS TIPOS DE TRASPLANTES HAY? Según sea la relación que exista entre el receptor y el donante, los trasplantes se denominan: Autotrasplante o autoinjerto. Donante y receptor son el mismo individuo. Se utiliza en caso de tejidos o porciones de órganos. Es el caso de la piel, hueso, vasos sanguíneos o médula ósea. No hay rechazo. Isotrasplante. Donante y receptor son gemelos idénticos. No hay rechazo. Alotrasplante. Donante y receptor son individuos de la misma especie pero no son genéticamente idénticos. Este es el tipo de trasplante más común. Existe riesgo de rechazo. Xenotrasplante. Donante y receptor son de especies distintas. Ejemplo de esto es la utilización de válvulas cardíacas de cerdo en humanos. Existe riesgo de rechazo. QUÉ PROBLEMAS PRESENTAN LOS TRASPLANTES? El rechazo inmunológico. Nuestro sistema inmunitario tiene la capacidad de distinguir lo propio de lo extraño: si los glóbulos blancos detectan algo extraño inmediatamente intentan destruirlo. El problema es que estas defensas también funcionan cuando un órgano, un tejido o unas células procedentes de un donante se introducen en el cuerpo de un receptor. Por eso es imprescindible que donante y receptor sean lo más parecidos posible, que sean compatibles. En caso contrario se produce el rechazo. El receptor intenta defenderse del cuerpo extraño y lo destruye, lo rechaza, y eso puede ocasionar su muerte. La única manera de evitar el rechazo es que donante y receptor sean "idénticos". Pero eso casi nunca es posible. Para evitar o minimizar el rechazo se utilizan potentes fármacos denominados inmunosupresores que reducen de manera drástica la capacidad de respuesta del sistema inmunitario. Sin embargo, los inmunosupresores también presentan un problema y es que a la vez que reducen la posibilidad de que se produzca el rechazo del trasplante, dejan expuesto al organismo a las más diversas infecciones. 2

3 La escasez de órganos disponibles. España es un país con alto índice de donantes. Aun así, alrededor de 5000 enfermos aguardan en las listas de espera, lo que supone que entre un 10% y un 15% de pacientes en espera de un corazón o de un hígado muera antes de recibir el trasplante. La imposibilidad técnica de obtener determinados órganos y tejidos. Algunos órganos como el cerebro y el tejido nervioso, es imposible obtenerlos y trasplantarlos. Hoy por hoy no es posible disponer de las células nerviosas que podrían curar por ejemplo, lesiones de la médula espinal. Otras enfermedades neurodegenerativas, como el párkinson y el alzhéimer, que van menguando las facultades mentales de las personas afectadas, podrían también beneficiarse de la disponibilidad de estas células. 2.- La revolución genética La genética es la rama de la biología que estudia la herencia y la variación de los caracteres transmisibles de generación en generación, así como el material hereditario en todos sus aspectos. El nacimiento de la genética como ciencia se sitúa en torno a 1900, con el reconocimiento de los trabajos de investigación llevados a cabo por Gregor Mendel a finales del siglo XIX. Desde entonces, se han producido grandes avances, con logros tan significativos como el descubrimiento de la estructura de los ácidos nucleicos, realizado por James Watson y Francis Crick en 1953, que marcó el inicio de la denominada genética molecular. Los trabajos de Severo Ochoa y Marianne Grunberg-Manago en 1955, permitieron que fuese descifrado posteriormente el código genético (conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético se traduce en proteínas en las células vivas). En 1970 Se descubren las enzimas de restricción, lo que permite a los científicos cortar fragmentos de ADN. En 2003 El Proyecto Genoma Humano publica la primera secuenciación completa del genoma humano con un 99.99% de fidelidad. Los cromosomas, el ADN y los genes A finales del siglo XIX, cuando el desarrollo de buenos microscopios ya permitía observar el interior de las células, los investigadores descubrieron que dentro del núcleo celular había una especie de bastones que llamaron cromosomas. En realidad, los cromosomas sólo son visibles en un momento determinado del ciclo de vida de la célula, la división celular, durante la cual, el material del que están hechos los cromosomas, la cromatina, se encuentra condensada. Las células tienen un número de cromosomas característico de la especie de ser vivo que se trate. Las células humanas tienen 46 cromosomas, excepto los gametos (óvulos y espermatozoides) que poseen la mitad. Cuando se produce la fecundación, se obtiene una célula, el cigoto que posee 23 pares de cromosomas, es decir, los 46 cromosomas característicos de nuestra especie. De estos 23 pares, uno de ellos, los cromosomas sexuales, determinan el sexo del individuo (XX, mujer; XY, hombre). En ocasiones, la naturaleza puede producir células con un número anormal de cromosomas, dando lugar a enfermedades o deformaciones. Cada cromosoma está formado por una fibra de cromatina, que está formada por una larga molécula de ADN al que se le asocian determinadas proteínas. 3

4 La molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico) consiste en dos cadenas largas y paralelas que se retuercen juntas formando una doble hélice. Cada una de estas cadenas está formada por la unión de otras moléculas denominadas nucleótidos. Cada molécula de ADN contiene la información necesaria para determinar muchos caracteres hereditarios; cada uno de estos caracteres viene determinado por un fragmento de ADN denominado gen. Esta información almacenada en el ADN se utiliza para fabricar proteínas cuyas funciones son muy diversas: algunas forman estructuras como las uñas, otras regulan y coordinan las funciones de los distintos órganos Las proteínas son las moléculas responsables de la actividad biológica y las que confieren a cada individuo su especificidad (el color de los ojos, la presencia de hoyuelos, etc). 3. La manipulación genética. Desde hace miles de años, la humanidad ha domesticado animales, ha mejorado el cultivo de plantas y ha utilizado los procesos de fermentación microbiana para obtener productos útiles, como pan, vino, queso y yogur. Hasta la época moderna, esto se ha hecho sin conocimientos científicos previos. En la actualidad, la biotecnología moderna implica la manipulación deliberada de material genético (ADN) con el fin de fabricar o modificar un producto, mejorar animales o plantas o desarrollar microorganismos con capacidades determinadas para usos específicos. Gracias al uso de una serie de herramientas y técnicas altamente precisas, la biotecnología está produciendo y producirá una amplia gama de productos, cuyas aplicaciones se centrarán en la salud humana, la agricultura, la ganadería, la industria y el medio ambiente. Las herramientas de la biotecnología Enzimas: Los enzimas son biocatalizadores, es decir moléculas que aceleran las reacciones bioquímicas que tienen lugar en las células. Estos enzimas pueden ser empleados también en el laboratorio. En la biotecnología se utilizan algunos de los numerosos enzimas que existen en los seres vivos; entre ellos cabe destacar: Restrictasas: son enzimas que cortan el ADN en lugares precisos. Hay varias enzimas de restricción y cada una de ellas lo corta en un lugar determinado. Ligasas: ADN ligasa es una enzima que une fragmentos de ADN. Polimerasa: Las ADN polimerasas intervienen en la replicación del ADN. Llevan a cabo la síntesis de la nueva cadena de ADN a partir de los componentes (los nucleótidos). 4

5 Plásmidos: Son moléculas circulares de ADN que se replican de manera independiente al cromosoma de la célula hospedadora. De manera natural se encuentran en las bacterias. Pueden ser introducidos en las células bacterianas por un proceso denominado transformación. Cómo se obtiene un organismo transgénico? Se extrae el ADN de la célula en la que se encuentra el gen que interesa transferir (por ejemplo el gen bacteriano que contiene el veneno para ciertos insectos). Se localiza el gen y se extrae, cortando por lugares precisos el fragmento de ADN que lo contiene. Se clona el gen, es decir se hacen copias, pues es imposible trabajar con una sola copia. Los vectores se cortan con las mismas enzimas de restricción. Los genes deseados se unen a los vectores mediante enzimas específicos (ligasas). Se introduce el transgen en el núcleo de la célula que se desea modificar. Se realiza un cultivo selectivo que lleva un determinado antibiótico. Solo sobreviven las células que han sido transformadas pues a ellas, en el transgen, además del gen insecticida se ha añadido un gen marcador que confiere resistencia al antibiótico. Así, al colocar las células en contacto con el antibiótico mueren aquellas células no transformadas. A partir de estas células se regeneran las plantas y se comprueba que han incorporado el transgen y que son capaces de expresar la información fabricando el veneno contra el insecto. 4.- Los organismos transgénicos La ingeniería genética permite modificar el genoma de una planta, de un animal o de un microorganismo convirtiéndolo en un "organismo modificado genéticamente", un OMG. Los organismos que han sido modificados por ingeniería genética se denominan organismos transgénicos. 5

6 Planta transgénica En España se cultiva desde el año 1998 una variedad de maíz transgénico (maíz Bt) resistente al ataque de los taladros, larvas de mariposas que destruyen las plantas de maíz al perforar sus tallos. Al genoma de este maíz se ha incorporado un gen procedente de una bacteria (Bacillus thuringiensis) capaz de fabricar una sustancia venenosa para los taladros. Las larvas que atacan a las plantas transgénicas de maíz mueren intoxicadas Animal transgénico En 2001 se patentó el primer animal para consumo humano, un salmón que tiene la facultad de crecer entre seis y ocho veces más en el mismo tiempo que uno normal (aún no está aprobada su comercialización). En el genoma de estos salmones gigantes se han introducido dos genes: uno procede del pez plano del Ártico, que no interrumpe el crecimiento durante el invierno y el otro es una modificación de un gen del mismo salmón que no interrumpe la creación de la hormona de crecimiento del propio pez cuando llega a su madurez. Microorganismo transgénico Uno de los primeros resultados de la ingeniería genética fue introducir el gen de una proteína humana, la insulina, en el ADN de una bacteria y conseguir que esta bacteria fabricara insulina. En 1982 se aprobó el uso para humanos de insulina "humana", fabricada por ingeniería genética. Hasta esa fecha, los diabéticos dependían para su tratamiento de insulina obtenida de cerdos o de vacas que puede ocasionar reacciones adversas Aplicaciones de los OMG La utilización de los seres vivos o de sus productos con fines comerciales y/o industriales recibe el nombre de biotecnología. La biotecnología moderna utiliza de manera generalizada los OMG y sus aplicaciones abarcan diferentes áreas: Industria alimentaria. Obtención de alimentos con características especiales, como cereales sin gluten o carnes pobres en colesterol, así como mejora del rendimiento de los procesos industriales, como la fabricación de pan o cerveza, en los que intervienen microorganismos. Industria farmacéutica. Producción de fármacos o vacunas, como animales cuya leche contiene un factor de la coagulación sanguínea (necesario para tratar a los hemofílicos) o bacterias que han incorporado genes humanos y son capaces de fabricar insulina u hormona del crecimiento humanas. Agricultura y ganadería. Mejora de caracteres agronómicos, como la resistencia a plagas o a herbicidas de las plantas, o la mayor producción de leche o de carne. Medio ambiente. Eliminación de residuos tóxicos con plantas capaces de resistir la presencia de sustancias tóxicas y que acumulan en su cuerpo, o producción de combustibles biológicos (biocombustibles) a partir de plantas ricas en compuestos energéticos. 6

7 Investigación médica. Obtención de órganos para trasplantes, procedentes de animales transgénicos, que no plantean problemas de rechazo, o utilización en investigación básica, como los ratones knock out (KO) Los riesgos de la biotecnología A pesar de sus indudables ventajas, la utilización de OMG tiene también riesgos, cuando menos, potenciales. Por ejemplo: La pérdida de diversidad genética. Además de suponer una enorme pérdida de diversidad cultivada, las plantas transgénicas pueden invadir ecosistemas naturales y desplazar a las plantas autóctonas. El "salto", de forma accidental, de los genes transferidos a otras especies silvestres o a los cultivos tradicionales. Así podría surgir maleza resistente a los herbicidas o bacterias patógenas que incorporaran los genes resistentes a los antibióticos que se utilizan como marcadores. Efectos perjudiciales sobre la salud. Hasta el momento solo están descritos problemas alérgicos derivados fundamentalmente de la falta de información en el etiquetado. Qué podría ocurrir si una persona alérgica al pescado comiera tomates a los que se han incorporado genes procedentes de un pez ártico para mejorar su resistencia al frío? La utilización de los OMG en la agricultura puede aumentar los efectos perniciosos de una producción industrializada, que no favorece a los pequeños agricultores, ni a los países en vías de desarrollo. Concentra el control de la agricultura y la alimentación en unas pocas manos, poniendo en peligro la independencia y supervivencia de pueblos y países. Sólo diez multinacionales controlan casi el 70% del mercado mundial de semillas lo que significa que los agricultores tienen poca capacidad de elección. 5.- El proyecto genoma humano Durante la década de 1980 los científicos empezaron a utilizar la tecnología del ADN recombinante para el estudio de genomas completos, así nació la genómica. En un primer momento secuenciaron genomas de virus, de tan solo unos 6000 nucleótidos, pero el rápido desarrollo de métodos de secuenciación nuevos y automáticos hizo posible considerar la secuenciación de genomas más largos y complejos. A finales de 1980, los científicos decidieron embarcarse en uno de los más formidables proyectos de investigación emprendido por científicos del mundo entero: el Proyecto Genoma Humano (PGH). Muchas de las tecnologías basadas en el ADN están siendo empleadas para conocer el genoma humano (conjunto de todos los genes que posee nuestra especie). El Proyecto Genoma Humano se inició en los años 1990, ideado para: Localizar en qué cromosoma se encuentra cada uno de los genes humanos y estudiar la función. Determinar la secuencia exacta de nucleótidos (cada uno de los eslabones que forman la larga cadena del ADN) de cada gen con el objetivo de poder conocer qué codifica y sus posibles alteraciones. Esta tarea fue desarrollada por dos equipos de investigación: uno público, el Consorcio Internacional para la 7

8 Secuenciación del Genoma Humano y otro privado, la empresa Celera Genomics, que pretendía patentar los resultados obtenidos. Debido a la colaboración internacional así como los avances en la biotecnología y la tecnología informática, en el año 2003 fue terminado un borrador inicial del genoma. Tras la secuenciación del genoma, se considera que contiene unos genes, muchos menos de los que se esperaban. También se ha observado que existen largos espacios vacíos entre un gen y otro. La comprensión de nuestro genoma puede ayudar a identificar los genes que causan enfermedades hereditarias y a desarrollar nuevos planteamientos para su prevención y tratamiento. Tampoco debemos olvidar que el conocimiento de las enfermedades genéticas puede implicar importantes resultados económicos, lo que nos lleva a cuestionarnos la posibilidad de patentar los genes o el acceso universal y gratuito a las aplicaciones médicas de estos nuevos hallazgos. 6.- La huella genética Hoy en día, la huella dactilar sigue siendo un sistema excelente para la identificación de personas. Sin embargo, los avances en el campo de la biología molecular han permitido desarrollar otros sistemas, como el de la técnica de análisis del ADN, para determinar la huella genética de un individuo, es decir, la información contenida en sus genes. Este sistema tiene la ventaja de que es muy preciso, y es prácticamente imposible hallar dos individuos que posean el mismo perfil genético -a excepción de los hermanos gemelos homocigóticos-, lo cual facilita las tareas de búsqueda y también de identificación de sospechosos en casos de homicidio, de agresiones físicas o sexuales y en ensayos de comprobación de paternidad. El ADN se halla en todas y cada una de las células del cuerpo humano, por lo que puede obtenerse de cualquier muestra biológica, desde una mancha de sangre o de semen a restos de saliva o incluso de un único cabello. La realización de estos análisis se basa en el estudio de los llamados microsatélites, que son secuencias cortas de fragmentos de ADN, que muestran una gran variabilidad con la diversidad humana y permiten obtener el perfil genético de cada individuo. Para cotejar los datos obtenidos se toman siempre como referencia estudios al objeto de observar la frecuencia de una determinada secuencia genética entre muestras amplias de población. Ello permite comprobar que la probabilidad de encontrar a otro individuo que presente las mismas características genéticas de la secuencia obtenida es de una entre quinientos millones, o incluso más. Por ello, la determinación de la huella genética es un sistema aceptado como válido para la identificación de personas en casos criminales. En la práctica, esto último significa que cuando la huella genética de un individuo coincide con la extraída de una muestra hallada en el lugar de un crimen o de una agresión física o sexual, existe una certeza de casi el 100 % de que dicha persona sea el autor o haya intervenido en el supuesto delito. 8

9 7.- Células madre Todas las células de un organismo pluricelular, como el ser humano, se forman a partir de la fusión de un óvulo y un espermatozoide que da lugar a una primera célula llamada cigoto, que se divide para formar un embrión. Al principio, todas las células del embrión son iguales, pero después van adquiriendo formas diferentes y funciones específicas; decimos que se especializan. Este proceso se llama diferenciación celular. Una vez que las células del embrión han sufrido la especialización, pierden la capacidad para diferenciarse de nuevo y dar lugar a otros tipos celulares. Las células que realizan la misma función y tienen un aspecto parecido se agrupan en el organismo pluricelular para formar tejidos. Pero en el organismo de una persona quedan algunas células que se localizan en diversos tejidos y que pueden dividirse y diferenciarse indefinidamente; por ejemplo, las células de la sangre se están formando y diferenciando de forma continuada a lo largo de la vida de una persona a partir de otras denominadas "células madre". Se trata de células indiferenciadas capaces de reproducirse y permanecer sin diferenciar y también de diferenciarse en otros tipos celulares especializados; en este ejemplo dan lugar a los glóbulos rojos, las plaquetas, y a todos los tipos de glóbulos blancos. No todas las células madre son iguales. Se diferencian unas de otras por su capacidad de originar células de muy distinto tipo. Células madre embrionarias. El cigoto es la célula a partir de la cual, tras sucesivas divisiones, se origina toda la variedad de células diferentes del nuevo organismo, por eso se dice que es totipotente. Las células resultantes de las primeras divisiones del cigoto también son totipotentes, pero a medida que se van formando nuevas células se reduce la gama de tipos celulares a los que pueden dar lugar. El embrión temprano está integrado por una serie de células que forman una esfera casi hueca (blastocisto); las células que ocupan parte del interior son las células madre embrionarias. Estas células son pluripotentes, porque, aunque por sí solas no pueden dar origen al organismo completo (necesitan la placenta, formada a partir de las células superficiales del blastocisto), son el origen de todos los tipos celulares y tejidos del individuo adulto. Células madre adultas. Son las células que existen en los tejidos, ya que en el organismo numerosas estructuras celulares se están renovando constantemente gracias a estas células. Se trata de células multipotentes ya que son capaces de originar muchos tipos celulares, pero no todos. El ejemplo más conocido es el de las células de la médula ósea, que son capaces de generar todos los tipos celulares de la sangre y el sistema inmune. 9

10 Sin embargo, últimamente se han encontrado células madre adultas en órganos y tejidos que no se creía que existiesen, como es en el cerebro, en el tejido adiposo y en otros muchos tejidos adultos. Además, la reciente publicación de múltiples estudios ha hecho cambiar esta visión de las células madre adultas, haciendo evidente que células madre de adulto procedentes de cualquier tejido pueden diferenciarse a células y tejidos de otras localizaciones y tipos distintos. Estos experimentos han comprobado que células madre de adulto, cultivadas y sometidas a ambientes distintos a los habituales, pueden reprogramarse y dar lugar a otros tipos celulares de los que hasta ahora se pensaba que eran capaces de generar; es decir, ya no serían multipotenciales, sino pluripotenciales. Otras células madre. Además de las células descritas, existen otros tipos de células madre: las células madre fetales, son células que pueden aislarse de fetos cuyo desarrollo ha sido interrumpido por causas naturales o por razones médicas; las células madre extraídas del cordón umbilical tras el nacimiento son células con plasticidad similar a las de origen embrionario; y las células germinales embrionarias, son células que en el ser vivo dan lugar a óvulos y espermatozoides pero que en cultivo originan células madre pluripotenciales. Hoy en día existen terapias basadas en el uso de células madre adultas que se utilizan para reparar órganos y tejidos dañados con resultados prometedores. El trasplante de células madre de médula ósea es, posiblemente, la terapia regenerativa más conocida y se aplica para tratar leucemias y otros tipos de cáncer, así como para la reparación del músculo cardíaco en enfermos con diversas cardiopatías. El hallazgo de células madre en el cerebro adulto que pueden formar distintas clases de células nerviosas, supone un gran estímulo para el desarrollo de terapias regenerativas novedosas de las que se podrían beneficiar muchos pacientes con trastornos del sistema nervioso. 8.- Clonación La palabra clonación significa producción de ejemplares genéticamente idénticos entre sí e idénticos al organismo original del que proceden mediante reproducción asexual. La población resultante recibe el nombre de clon. En la obtención de bacterias transgénicas que fabrican proteínas con interés en medicina, la colonia de bacterias transformadas contiene millones de copias del mismo fragmento de ADN insertado. El conjunto de copias de un fragmento de ADN se denomina clon de ADN. En este caso, se trata de clonación molecular. La biotecnología actual permite crear clones de animales gracias a una técnica que se conoce como clonación reproductiva. Esta técnica consiste: 1. Se obtiene una célula diferenciada del individuo que se quiere clonar. Esta célula contiene todo el genoma del organismo, como el cigoto, con la diferencia de que se trata de una célula especializada que, en condiciones naturales, ha perdido incluso la capacidad de reproducirse. 2. Se extrae un óvulo de una hembra donante. 3. Se elimina el núcleo del óvulo. 4. Se transfiere el núcleo de la célula diferenciada al óvulo sin núcleo. 10

11 5. Se cultiva la célula en el laboratorio en un medio especial hasta que empieza a desarrollarse el embrión. 6. Cuando alcanza el estado de mórula o un poco más adelante se transfiere al útero de una madre receptora. 7. Tras el período de gestación nace un nuevo individuo que es genéticamente idéntico al individuo del que procede el núcleo de la célula somática utilizada (es un clon) que aportó el núcleo. En 1996, un grupo de científicos escoces logró clonar el primer mamífero a partir de una célula adulta, la famosa oveja Dolly. Desde ese momento, se demostró la clonación de otros muchos mamíferos, como por ejemplo, ratones, gatos, vacas, caballos y cerdos. Sin embargo, la clonación se encuentra todavía a un nivel artesanal. En todos los casos, sólo un pequeño porcentaje de embriones clonados se desarrolla con normalidad hasta el nacimiento y muchos de los animales clonados, al igual que Dolly, sufren distintas enfermedades y muerte prematura. Aplicaciones y limitaciones éticas de la clonación Las posibles aplicaciones de la clonación están relacionadas con: Agricultura y ganadería. Obtener copias de animales o plantas que poseen alguna característica que interesa mantener, por ejemplo los animales transgénicos. Investigación. Disponer de animales de laboratorio idénticos que puedan utilizarse como modelo para el estudio de enfermedades humanas. Ecología. Recuperar especies que estén en peligro de extinción; incluso se plantea la posibilidad de poder clonar a especies ya extinguidas. Medicina. Obtener órganos para trasplante clonando animales. Se estudia el modo de evitar que estos órganos sean rechazados por el sistema inmunitario humano. Seguramente, también es técnicamente posible la clonación humana, aunque de momento no se domina la técnica como para que sea posible. La mayoría de los científicos y las leyes de los diferentes países, incluido España, se oponen a la clonación de seres humanos con fines reproductivos, es decir, para obtener individuos clónicos. Sin embargo, muchos países, como España, tienen leyes que regulan la investigación en la clonación terapéutica, es decir, para sanar a una persona enferma. Esta técnica permite obtener un clon de unas pocas 11

12 células del enfermo. Estas células madre pluripotentes, o los tejidos que se obtengan de ellas, podrían ser trasplantadas al enfermo sin riesgo de rechazo. 9.- Terapia génica La terapia génica consiste en la inserción, alteración, o remoción de genes en las células de un individuo, con el objetivo de tratar enfermedades. Esencialmente consiste en introducir el gen reparado en un vector, el cual se inserta en uno de los cromosomas, con lo que se genera un organismo transgénico curado genéticamente. La técnica todavía está en desarrollo, motivo por el cual su aplicación se lleva principalmente a cabo dentro de ensayos clínicos controlados, si bien es cierto que la terapia génica está experimentando un gran avance gracias a la investigación con animales transgénicos, la ingeniería metabólica, o señalización intracelular. Aplicaciones Terapia de enfermedades monogénicas hereditarias: se usa en aquellas enfermedades en las que no se puede realizar o no es eficiente la administración de la proteína deficitaria. Se proporciona el gen defectivo o ausente. Terapia de enfermedades adquiridas: Entre este tipo de enfermedades la más destacada es el cáncer. Se usan distintas estrategias, como la inserción de determinados genes suicidas en las células tumorales o la inserción de antígenos tumorales para potenciar la respuesta inmune. Procedimiento: En la mayoría de los estudios de terapia génica, una copia del gen funcional se inserta en el genoma para compensar el defectivo. Si ésta copia simplemente se introduce en el huésped, se trata de terapia génica de adición. Si tratamos, por medio de la recombinación homóloga, de eliminar la copia defectiva y cambiarla por la funcional, se trata de terapia de sustitución. En general, se usa una combinación de las dos. Tipos de terapia genética Terapia génica somática: se realiza sobre las células somáticas de un individuo, por lo que las modificaciones que implique la terapia sólo tienen lugar en dicho paciente. Terapia in vivo: la transformación celular tiene lugar dentro del paciente al que se le administra la terapia. Consiste en administrarle al paciente un gen a través de un vector (por ejemplo un virus), el cual debe localizar las células a infectar. El problema que presenta esta técnica es que es muy difícil conseguir que un vector localice a un único tipo de células diana. Terapia ex vivo: la transformación celular se lleva a cabo a partir de una biopsia del tejido del paciente y luego se le trasplantan las células ya transformadas. Como ocurre fuera del cuerpo del paciente, este tipo de terapia es mucho más fácil de llevar a cabo y permite un control mayor de las células infectadas. Esta técnica está casi completamente reducida a células hematopoyéticas pues son células cultivables, constituyendo así un material trasplantable. 12

13 Actualmente, el tipo más común de vectores utilizados son los virus, que pueden ser genéticamente alterados para dejar de ser patógenos y portar genes de otros organismos. No obstante, existen otros tipos de vectores de origen no vírico que también han sido utilizados para ello Reproducción humana: desarrollo embrionario Para comprender el papel que pueden desempeñar las células madre en la medicina regenerativa debemos conocer, en primer lugar, cómo se originan nuestros propios tejidos y órganos, y qué papel desempeñan las células madre en el proceso que da lugar a la formación de un nuevo individuo Este proceso se inicia a partir de la formación de una única célula, la célula huevo o cigoto, e incluye: La fecundación. Es la unión de un óvulo y un espermatozoide y se produce en el interior del aparato genital femenino, en un conducto denominado trompa de Falopio; la unión de estas dos células da lugar a una célula huevo o cigoto que contendrá la mitad de la información genética procedente del padre y la otra mitad procedente de la madre. El desarrollo. Son los cambios que experimenta un ser vivo a lo largo de su vida. Estos cambios se inician una vez que se forma el cigoto, que rápidamente comienza a dividirse en dos, después en cuatro, etc. Los cambios que ocurren hasta el nacimiento se denominan desarrollo embrionario o prenatal. En la página web puedes ver las imágenes descritas a continuación: o o o Imágenes 1 y 2. Numerosos espermatozoides intentan atravesar la membrana de un óvulo en una trompa. Imagen 3. Cuando un espermatozoide penetra en la membrana del óvulo este produce una cubierta que evita la penetración de otros espermatozoides. La fecundación concluye cuando los núcleos del espermatozoide y del óvulo se fusionan. A partir de este momento se inicia el desarrollo embrionario. Imágenes 4, 5, 6 y 7. El cigoto, formado por una única célula se divide en 2, 4, 8 y 16 células. A la vez se desplaza desde la trompa de Falopio donde tuvo lugar la fecundación hacia el útero. 13

14 o o Imagen 8. Las células se han dividido y da lugar a un embrión que recibe el nombre de mórula por su parecido a una mora y a continuación se forma una cavidad en el interior de la mórula. Esta estructura se denomina blastocisto temprano. Imagen 9: Un grupo de células se condensa en el interior del blastocisto y forma una masa compacta dispuesta en un extremo; así se constituye el denominado blastocisto tardío. Las células de la masa interna originarán el embrión propiamente dicho, es decir, todos sus tejidos y órganos y, por tanto, los de la futura persona adulta. En cambio, las células de la cubierta producirán las estructuras externas al embrión, como la placenta, que tienen la función de nutrir y proteger al embrión. A continuación el embrión que tendrá aproximadamente 150 células se implanta en la pared del útero que previamente se había preparado recubriéndose de una capa denominada endometrio. Esto sucede aproximadamente una semana después de la fecundación. No todas los óvulos fecundados terminan con éxito el desarrollo embrionario; la mayor parte de ellos, por causas naturales, no llegan a completarlo. Dos terceras partes de los embriones tempranos son eliminados antes de su implantación en el endometrio. Una vez implantado, el embrión continúa creciendo y la base del sistema nervioso se establece alrededor de los 20 días. A partir de la octava semana de la fecundación, el embrión pasa denominarse feto y ya tiene más del 90% de las estructuras del cuerpo humano. El período fetal se caracteriza por el crecimiento de los órganos, su maduración y el comienzo de su funcionalidad y se prolongará hasta el noveno mes en el que se producirá el nacimiento. Uno de los últimos órganos en ser operativos son los pulmones. No obstante una vez que se produce el nacimiento los cambios continúan durante el resto de la vida y se denominan posnatales Reproducción humana asistida Las parejas que desean tener un hijo pueden encontrarse con dificultades para concebir, debido a problemas de esterilidad de uno o ambos progenitores. La esterilidad es la incapacidad biológica de un individuo para tener hijos. Los avances en la medicina permiten a muchas de estas parejas un método adecuado para poder ser padres, a través de un sistema de reproducción asistida que implica la manipulación de los gametos. Las técnicas son diversas pero tienen especial importancia las siguientes: Inseminación artificial: Consiste en la introducción de los espermatozoides en el aparato genital femenino, normalmente en el útero. Fecundación in vitro : consiste en la extracción de varios óvulos de la mujer, su fecundación externa y la posterior implantación del embrión en el útero. En 1984 se logró congelar por primera vez un embrión y posteriormente, utilizarlo para engendrar un nuevo ser humano (primera niña probeta ). Se calcula que en el año 2010 ya había más de cuatro millones de niños y niñas nacidos gracias a este método. La técnica se desarrolla en las siguientes etapas: 14

15 A) Obtención de óvulos: mediante tratamiento hormonal se estimula la producción de óvulos en los ovarios de la mujer. Así se logra que maduren entre 5 y 10 óvulos en un ciclo, en lugar de uno. Los óvulos se recuperan directamente de los ovarios, por vía vaginal, antes de que sean liberados a las trompas. B) Fecundación: los óvulos extraídos son fecundados por los espermatozoides, previamente obtenidos del varón, en un tubo de ensayo en el laboratorio. Los óvulos fecundados se dejan desarrollar in vitro durante unos días, generalmente dos o tres, hasta que alcanzan el estado de mórula. C)Transferencia de embriones: los embriones se introducen en el útero de la mujer. Cuando alcanzan el estado de blastocisto tardío se implantan y anidan en el endometrio, tal y como sucede de forma natural. Robert G. Edwards recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2010 por el desarrollo de la fecundación in vitro'. Estas técnicas de reproducción asistida, con la posibilidad de la fecundación fuera del cuerpo de la mujer, han llevado a desarrollar una nueva técnica, llamada diagnóstico genético preimplantatorio, con el que se puede realizar el estudio genético del embrión en los casos en que existen antecedentes familiares de transmisión de enfermedades genéticas importantes. De esta manera, se puede seleccionar el embrión que no es portador de la enfermedad. En España, la regulación y el control de estas técnicas están sometidas desde 1988 a la Ley de Reproducción Asistida (la más actual está en vigor desde 2006) Bioética Diferentes aspectos abordados en esta unidad generan un debate social. Como consecuencia de ello, ha surgido una nueva disciplina: la bioética (estudio y búsqueda de los valores o principios que deben regular la investigación y la aplicación de determinadas técnicas en la biología y la medicina). Los problemas derivados de los avances biotecnológicos, se pueden agrupar en los siguientes: 1.- Problemas debidos a la utilización de organismos modificados genéticamente Sanitarios. Por la posible aparición de microorganismos patógenos, que provoquen enfermedades desconocidas. Medioambientales. Por el efecto de los organismos liberados al medio ambiente, que pueden acarrear la desaparición de especies, con consecuencias desconocidas y producir un empobrecimiento de la diversidad genética. Utilización de plantas y animales transgénicos como alimento. En principio tanto para los humanos como 15

16 para los animales que los ingieren no deben tener ninguna consecuencia, pero sus efectos a largo plazo, también es cierto, son desconocidos. 2.- Problemas derivados de la manipulación genética del ADN humano y de las células La perspectiva de conocer y modificar el patrimonio genético puede ser una puerta abierta a la eugenesia (creación o mejora de una raza), impidiendo el nacimiento de individuos que se consideren no apropiados o deficientes para la sociedad, lo que evidentemente produce gran alarma social. Los chequeos para detectar enfermedades con el consentimiento de los pacientes son éticamente permisibles. Otra cosa es cómo se trata posteriormente esa información, ya que puede ocasionar discriminación si los peor dotados genéticamente no son contratados por ello, o no pueden suscribir determinados seguros, o de hacerlo, les cuesta más dinero que a los demás, etc. No hay duda que las investigaciones sobre el genoma suponen gastos enormes, pero sus aplicaciones médicas pueden generar grandes beneficios económicos. Ello puede llevar a la producción de medicamentos de elevado coste, que solo beneficien a ciertas personas y acentúe más las diferencias entre personas y entre países desarrollados y en vías de desarrollo. 3.- Problemas relacionados con la embriología y reproducción humana Determinar cuándo se considera el comienzo de la vida y, por ello, si es ética la manipulación del embrión en cualquier momento, nunca o hasta unos días después de la fecundación es un motivo de polémica entre distintos sectores de la población. Las técnicas de clonación avanzan con gran rapidez de manera que hoy en día es potencialmente posible hacer réplicas de cualquier organismo viviente, incluido el ser humano. Éticamente no es aceptable y está prohibida en casi todos los países. En cambio, la clonación terapéutica y las investigaciones con células madre, son aceptadas por la sociedad en general. Para parte de la sociedad, la utilización de técnicas de reproducción asistida genera cierta alarma al intervenir en un proceso que debe ser natural. Otra cosa son determinados aspectos de la misma como la elección de sexo, el diagnóstico preimplantatorio o la selección de embriones con fines terapéuticos. 16