Electricidad
y Células Madre: Una Vieja señal para Terapias nuevas
La
estimulación eléctrica induce diferenciación miogénica en los fibroblastos
dérmicos humanos.
Del
laboratorio del Dr. Genovese: Luego de 12 horas de estimulación eléctrica de
12V in vitro (imagen derecha), los fibroblastos expresan las principales proteínas
musculares: troponina cardíaca (verde), MyoD (manchas verdes en el núcleo azul)
y connexin-43 (marron).
Las células madres son sensores sensibles
capaces de detectar una multitud de cambios mínimos en su entorno. In vitro e
in vivo, las células madres reaccionan a distintos estímulos migrando,
dividiéndose, muriendo, cambiando su perfil secretorio y/o modificando su forma.
Todas estas acciones son la expresión
detectable de la habilidad de las células madre de modificar rápida y
específicamente su expresión genética. Esta modulación dramática de información
genética y su traducción tiene como objetivo principal la restauración del funcionamiento
normal en el área de una herida.
La
estimulación eléctrica es un factor trófico altamente conocido para distintos
tipos de tejidos. Las corrientes bioeléctricas endógenas están involucradas en
la función y reparación normal de los
tejidos. Canales iónicos específicos y bombas en las membranas celulares
generan señales bioeléctricas. Esta acción es evidente en, pero no limitada a, el
sistema nervioso y el tejido muscular. A pesar de que los mecanismos que
subyacen a los efectos de los estímulos eléctricos no son totalmente
comprendidos, es claro que afectan la proliferación celular, la hipertrofia y
la apoptosis.
La estimulación eléctrica o
Electroterapia es ampliamente aplicada en la medicina humana, especialmente en
pacientes con desórdenes neuromusculares. La electricidad es usada en la
Medicina de Rehabilitación debido a su habilidad de regenerar la función
muscular a través de la inducción de generación de nuevos vasos sanguíneos –angiogénesis-
y la promoción de la proliferación celular. De forma similar, el tratamiento
eléctrico mejora la curación de cicatrices y la osteogénesis. Toda la
información previa indica una clara participación de las células madre en este
proceso regenerativo y la acción de la estimulación eléctrica en éstas.
El movimiento y el posicionamiento
celular son dos componentes importantes en la regeneración, y las señales
bioeléctricas correctas pueden enviar a las células de reparación a donde
necesitan llegar. Las señales bioeléctricas pueden activar o desactivar la
proliferación. Ellas pueden causar que los vasos sanguíneos crezcan, o detener
abruptamente el suministro sanguíneo, como puede necesitarse en caso de
desnutrir tumores cancerígenos. Ciertas señales bioeléctricas pueden incluso
afectar la eliminación celular a través de una muerte celular programada. Los
experimentos han demostrado la habilidad de la estimulación bioeléctrica de
inducir o amentar la regeneración, que resulta ser nuestra área de
investigación de mayor interés.
La estimulación eléctrica induce
dramáticos cambios en la actividad de las células madre hacia un claro fenotipo
de regeneración. Las corrientes eléctricas exógenas activan y movilizan células
madre nerviosas in vitro e in vivo. La estimulación invasiva y la no invasiva
del sistema nervioso central ha demostrado, tanto en modelos animales como en
pacientes, la mejora de la neurogénesis y plasticidad celular.
Dependiendo de la intensidad de la
estimulación que reciban, las células madre mesenquimales proliferan y modifican
su fenotipo. Tratamientos a corto plazo permiten que las células madre se
pre-diferencien a células cardíacas. El Tratamiento de precondicionamiento con
electricidad promueve la supervivencia de las células madre post-trasplante,
mejorando sus efectos benéficos. La estimulación eléctrica induce la producción
de proteínas cardíacas que facilitan el injerto y la supervivencia celular.
Esta acción no está limitada al corazón o a las células madre mesenquimales. Las
células madre pluripotentes inducidas responden a la estimulación eléctrica de
igual manera, y los fibroblastos, el tipo de célula principal del tejido
conectivo, muestra una diferenciación similar.
La estimulación eléctrica actúa directa o
indirectamente sobre las células madre. En un modelo de rata, donde los
estímulos fueron aplicados a través de una cicatriz pos-infarto, un aumento en
la presencia de células madre hematopoyéticas fue detectado. Estas células
parecen estar asociadas con un aumento de los niveles de factor de crecimiento
endotelial local y nuevas estructuras vasculares [5]. Actualmente aceptamos que
las células asociadas a la pared de los vasos – pericitos – son la población de
células madre mesenquimales más relevante. De esta forma, la estimulación
eléctrica no solo induce la proliferación y diferenciación, sino también el
reclutamiento de diferentes tipos de células madres en el área para reparar la
lesión.
La electro-estimulación de andamios y/o
construcciones de andamios celulares abre una nueva área en el desarrollo de la
ingeniería de tejidos. Somos optimistas en que la combinación de señales
físicas y bioquímicas con células madre y no madre puede acelerar la generación
de tejidos artificiales, específicamente para el músculo cardíaco y
esquelético.
“Electroceuticales” es una palabra que
abarca todos los aparatos médicos que emplean estimulación eléctrica para
afectar y modificar funciones del cuerpo. En un futuro medicinal cercano, los
aparatos electroceuticales en miniatura abrirán una nueva perspectiva. Muchos
de estos aparatos actúan en células madre a través de mecanismos ya
mencionados. Aplicados en la superficie del cuerpo o implantados en órganos
blanco, producirán estímulos eléctricos específicos para modular el número de
células madre, el grado de diferenciación, la actividad biológica e incluso la
proliferación o supervivencia.
La electricidad y los aparatos
electroceuticales parecen ser un método selectivo sin drogas para resolver un
gran número de condiciones físicas. La regulación de la actividad del folículo
capilar, la induccíon de la proliferación muscular en un aneurisma con una pared
débil, la diferenciación de progenitores neurales luego de un derrame, o la inducción
de la diferenciación de células madre del cancer son solo algunas de las
aplicaciones y utilidades de esta impresionante herramienta terapéutica.
Aprendiendo a modular las señales
bioeléctricas que controlan la regeneración promoviendo la expresión proteica,
el reclutamiento de células madre, la diferenciación y proliferación celular, podríamos
obtener un increíble conjunto de herramientas para la reparación de órganos en
falla, no sólo para extender la vida sino para restaurar el bienestar con órganos
regenerados completamente funcionales.
Jorge Genovese, M.D.,
Ph.D., es el presidente de HeartenBiotech y el director de la
investigación sobre la estimulación eléctrica y regeneración en BioLeonhardt Inc. El
Dr. Genovese obtuvo su M.D. and Ph.D. en la Universidad de Buenos
Aires. Ha sido miembro honorario del McGowan Institute for Regenerative
Medicine de la Universidad de Pittsburgh, donde fue Investigador Principal
en el Centro para Terapia Celular
Cardíaca y el Laboratorio de Biología Molecular y Cardíaca. Fue Director del
Laboratorio de Medicina Regenerativa Cardíaca en la División de Cirugía
Cardíaca en la Universidad de Utah. El Dr. Genovese fue también Profesor de
cardiocirugía invitado en la Universidad Campus Biomédico, en Roma. El Dr. Genovese ha estado muy activo en la
Sociedad Internacional de Ingenieria de Tejidos y Medicina Regenerativa
(TERMIS), presidiendo numerosos comités y siendo en un término Vicepresidente
del mismo. Es editor del Journal of Stem Cells, editor
asociado del Frontiers in Stem Cells Journal, miembro del comité editorial del World
Journal of Stem Cells, y miembro de la North American Veterinary Regenerative
Medicine Association. El Dr. Genovese es un pionero en la Ingeniería de Tejidos en
Latinoamérica, siendo el primero en la región en generar cultivo de
queratinocitos en 1985, un aparato organotípico dermoepidérmico en 1998, y un
aparato dermo-epidérmico modificado genéticamente en 2002, entre otros
numerosos tejidos.
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