Descubren en el lí­quido amniótico células madre tan eficaces como las embrionarias (con artí­culo original)

Científicos de Estados Unidos publican el descubrimiento de estas células, que constituyen un estado intermedio entre las embrionarias y las adultas

Jano On-line
08/01/2007 10:42

Científicos de la Wake Forest University (Estados Unidos) publican en “Nature Biotechnology” el descubrimiento de una nueva fuente de células madre, las cuales ya han sido utilizadas para desarrollar distintos tipos de células humanas: musculares, óseas, grasas, nerviosas, hepáticas y endoteliales.

La fuente de esas células madres es el líquido amniótico que rodea a los embriones en desarrollo. Según los autores, “nuestra esperanza es que esas células proporcionen un valioso recurso para reparar tejidos y también para generar órganos”.

Explican que desde hace tiempo se sabe que tanto el líquido amniótico como la placenta contienen múltiples tipos de células progenitoras del embrión en desarrollo. Lo que han conseguido ahora es aislarlas para poder utilizarlas en el desarrollo de distintos tipos de células especializadas.

Para comprobar que las nuevas células diferenciadas eran funcionales, los científicos marcaron las células y pudieron observar cómo se integraron, después de inyectarlas, en el cerebro de ratones y se mantuvieron viables durante dos meses. También se aplicaron a células hepáticas; donde los investigadores comprobaron que también las células madre funcionaron, produciendo algunas de las proteínas típicas de las células del hígado y además urea, una característica específica de la función hepática.

Pero la prueba más contundente de la utilidad de las células para la ingeniería genética fue cuando estos expertos probaron que éstas podía formar hueso.

Para ello se utilizaron células madre amnióticas humanas y se impregnaron moldes con ellas. Estos moldes se implantaron en ratones y después de ocho semanas se recuperaron y analizaron. Lo que se observó es que se había formado tejido óseo.

Los científicos descubrieron un pequeño número de ellas en líquido amniótico (alrededor de un 1%). Las llamaron AFS (siglas correspondientes a células madre derivadas de líquido amniótico), y pueden representar un estado intermedio entre las células madre embrionarias y las células madre adultas.

Comentan que tardaron mucho tiempo en confirmar que se trataba de verdaderas células madre. De hecho, la investigación se inició hace unos 7 años, y hasta hace poco no se comprobó definitivamente que tenía capacidad de autorrenovarse y de producir un amplio abanico de células especializadas con utilidad terapéutica.

Una de las ventajas de estas AFS para su aplicación médica es su rápida disponibilidad, señala el equipo investigador. Describen cómo estas células fueron recolectadas de muestras de líquido amniótico obtenido mediante amniocentesis. Células similares se aislaron tras el nacimiento de la placenta y otras membranas que se expulsan en el parto.

Añaden que con un banco celular que tuviera 100.000 especimenes, habría suficiente para el 99% de la población estadounidense, perfectamente compatibles para trasplante.

Además, de ser fácilmente obtenibles, pueden cultivarse en grandes cantidades, ya que se duplican cada 36 horas, con la particularidad de que no producen tumores, algo que sucede con otros tipos de células madre.

Nature Biotechnology – 25, 100 – 106 (2007)
Published online: 7 January 2007; | doi:10.1038/nbt1274

Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy

Paolo De Coppi^{1, 3}, Georg Bartsch Jr^{1, 3}, M Minhaj Siddiqui¹, Tao Xu¹, Cesar C Santos¹, Laura Perin¹, Gustavo Mostoslavsky², Angéline C Serre², Evan Y Snyder², James J Yoo¹, Mark E Furth¹, Shay Soker¹ & Anthony Atala¹

¹ Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, Wake Forest University School of Medicine, Medical Center Boulevard, Winston-Salem, NC, 27157-1094, USA.

² Children’s Hospital and Harvard Medical School, 300 Longwood Avenue, Boston, Massachusetts, 02115, USA.

³ These authors contributed equally to this work.

Correspondence should be addressed to Anthony Atala aatala@wfubmc.edu

Stem cells capable of differentiating to multiple lineages may be valuable for therapy. We report the isolation of human and rodent amniotic fluid–derived stem (AFS) cells that express embryonic and adult stem cell markers. Undifferentiated AFS cells expand extensively without feeders, double in 36 h and are not tumorigenic. Lines maintained for over 250 population doublings retained long telomeres and a normal karyotype. AFS cells are broadly multipotent. Clonal human lines verified by retroviral marking were induced to differentiate into cell types representing each embryonic germ layer, including cells of adipogenic, osteogenic, myogenic, endothelial, neuronal and hepatic lineages. Examples of differentiated cells derived from human AFS cells and displaying specialized functions include neuronal lineage cells secreting the neurotransmitter L-glutamate or expressing G-protein-gated inwardly rectifying potassium channels, hepatic lineage cells producing urea, and osteogenic lineage cells forming tissue-engineered bone.

REFERENCES

1. Priest, R.E., Marimuthu, K.M. & Priest, J.H. Origin of cells in human amniotic fluid cultures: ultrastructural features. Lab. Invest. 39, 106–109 (1978). | PubMed | ChemPort |
2. Polgar, K. et al. Characterization of rapidly adhering amniotic fluid cells by combined immunofluorescence and phagocytosis assays. Am. J. Hum. Genet. 45, 786–792 (1989). | PubMed | ChemPort |
3. DeCoppi, P. et al. Human fetal stem cell isolation from amniotic fluid. In American Academy of Pediatrics National Conference, p. 210–211, (San Francisco, 2001).
4. In ‘t Anker, P.S. et al. Amniotic fluid as a novel source of mesenchymal stem cells for therapeutic transplantation. Blood 102, 1548–1549 (2003). | Article | PubMed | ChemPort |
5. Tsai, M.S., Lee, J.L., Chang, Y.J. & Hwang, S.M. Isolation of human multipotent mesenchymal stem cells from second-trimester amniotic fluid using a novel two-stage culture protocol. Hum. Reprod. 19, 1450–1456 (2004). | Article | PubMed | ISI |
6. Prusa, A.R. et al. Neurogenic cells in human amniotic fluid. Am. J. Obstet. Gynecol. 191, 309–314 (2004). | Article | PubMed | ISI |
7. Taylor, R.M. & Snyder, E.Y. Widespread engraftment of neural progenitor and stem-like cells throughout the mouse brain. Transplant. Proc. 29, 845–847 (1997). | Article | PubMed | ChemPort |
8. Zsebo, K.M. et al. Stem cell factor is encoded at the Sl locus of the mouse and is the ligand for the c-kit tyrosine kinase receptor. Cell 63, 213–224 (1990). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
9. Barry, F.P., Boynton, R.E., Haynesworth, S., Murphy, J.M. & Zaia, J. The monoclonal antibody SH-2, raised against human mesenchymal stem cells, recognizes an epitope on endoglin (CD105). Biochem. Biophys. Res. Commun. 265, 134–139 (1999). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
10. Barry, F., Boynton, R., Murphy, M., Haynesworth, S. & Zaia, J. The SH-3 and SH-4 antibodies recognize distinct epitopes on CD73 from human mesenchymal stem cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 289, 519–524 (2001). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
11. Kannagi, R. et al. Stage-specific embryonic antigens (SSEA-3 and -4) are epitopes of a unique globo-series ganglioside isolated from human teratocarcinoma cells. EMBO J. 2, 2355–2361 (1983). | PubMed | ISI | ChemPort |
12. Thomson, J.A. et al. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 282, 1145–1147 (1998). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
13. Carpenter, M.K., Rosler, E. & Rao, M.S. Characterization and differentiation of human embryonic stem cells. Cloning Stem Cells 5, 79–88 (2003). | Article | PubMed | ChemPort |
14. Shamblott, M.J. et al. Derivation of pluripotent stem cells from cultured human primordial germ cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95, 13726–13731 (1998). | Article | PubMed | ChemPort |
15. Pan, G.J., Chang, Z.Y., Scholer, H.R. & Pei, D. Stem cell pluripotency and transcription factor Oct4. Cell Res. 12, 321–329 (2002). | Article | PubMed | ISI |
16. Martin, G.R. Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78, 7634–7638 (1981). | Article | PubMed | ChemPort |
17. Evans, M.J. & Kaufman, M.H. Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature 292, 154–156 (1981). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
18. Cowan, C.A. et al. Derivation of embryonic stem-cell lines from human blastocysts. N. Engl. J. Med. 350, 1353–1356 (2004). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
19. Bryan, T.M., Englezou, A., Dunham, M.A. & Reddel, R.R. Telomere length dynamics in telomerase-positive immortal human cell populations. Exp. Cell Res. 239, 370–378 (1998). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
20. Siddiqui, M.M. & Atala, A. Amniotic fluid-derived pluripotential cells: adult and fetal. In Handbook of Stem Cells, Vol. 2. (eds. R. Lanza et al.) 175–180, (Elsevier Academic Press, Amsterdam, 2004).
21. Wu, X. & Burgess, S.M. Integration target site selection for retroviruses and transposable elements. Cell. Mol. Life Sci. 61, 2588–2596 (2004). | Article | PubMed | ChemPort |
22. Lendahl, U., Zimmerman, L.B. & McKay, R.D. CNS stem cells express a new class of intermediate filament protein. Cell 60, 585–595 (1990). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
23. Perrier, A.L. et al. Derivation of midbrain dopamine neurons from human embryonic stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 12543–12548 (2004). | Article | PubMed | ChemPort |
24. Liao, Y.J., Jan, Y.N. & Jan, L.Y. Heteromultimerization of G-protein-gated inwardly rectifying K+ channel proteins GIRK1 and GIRK2 and their altered expression in weaver brain. J. Neurosci. 16, 7137–7150 (1996). | PubMed | ISI | ChemPort |
25. Taylor, R.M. et al. Intrinsic resistance of neural stem cells to toxic metabolites may make them well suited for cell non-autonomous disorders: evidence from a mouse model of Krabbe leukodystrophy. J. Neurochem. 97, 1585–1599 (2006). | Article | PubMed | ChemPort |
26. Suzuki, K. & Suzuki, K. The twitcher mouse: a model for Krabbe disease and for experimental therapies. Brain Pathol. 5, 249–258 (1995). | PubMed | ChemPort |
27. Rodan, G.A. & Noda, M. Gene expression in osteoblastic cells. Crit. Rev. Eukaryot. Gene Expr. 1, 85–98 (1991). | PubMed | ChemPort |
28. Roth, E.A. et al. Inkjet printing for high-throughput cell patterning. Biomaterials 25, 3707–3715 (2004). | Article | PubMed | ChemPort |
29. Xu, T., Jin, J., Gregory, C., Hickman, J.J. & Boland, T. Inkjet printing of viable mammalian cells. Biomaterials 26, 93–99 (2005). | Article | PubMed | ChemPort |
30. Shay, J.W. & Wright, W.E. Hayflick, his limit, and cellular ageing. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 1, 72–76 (2000). | Article | PubMed | ChemPort |
31. Gosden, C.M. Amniotic fluid cell types and culture. Br. Med. Bull. 39, 348–354 (1983). | PubMed | ISI | ChemPort |
32. Chabot, B., Stephenson, D.A., Chapman, V.M., Besmer, P. & Bernstein, A. The proto-oncogene c-kit encoding a transmembrane tyrosine kinase receptor maps to the mouse W locus. Nature 335, 88–89 (1988). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
33. Fleischman, R.A. From white spots to stem cells: the role of the Kit receptor in mammalian development. Trends Genet. 9, 285–290 (1993). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
34. Hoffman, L.M. & Carpenter, M.K. Characterization and culture of human embryonic stem cells. Nat. Biotechnol. 23, 699–708 (2005). | Article | PubMed | ChemPort |
35. Guo, C.S., Wehrle-Haller, B., Rossi, J. & Ciment, G. Autocrine regulation of neural crest cell development by steel factor. Dev. Biol. 184, 61–69 (1997). | Article | PubMed | ChemPort |
36. Crane, J.F. & Trainor, P.A. Neural crest stem and progenitor cells. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22, 267–286 (2006). | Article | PubMed | ChemPort |
37. Hipp, J. & Atala, A. GeneChips in regenerative medicine. In Principles of Regenerative Medicine. (eds. A. Atala, R. Lanza, J.A. Thomson & R.M. Nerem) in press (Elsevier, Philadelphia, 2006).
38. Atala, A. Recent developments in tissue engineering and regenerative medicine. Curr. Opin. Pediatr. 18, 167–171 (2006). | Article | PubMed |
39. Morris, S.M., Jr. Regulation of enzymes of the urea cycle and arginine metabolism. Annu. Rev. Nutr. 22, 87–105 (2002). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
40. Klein, C., Bueler, H. & Mulligan, R.C. Comparative analysis of genetically modified dendritic cells and tumor cells as therapeutic cancer vaccines. J. Exp. Med. 191, 1699–1708 (2000). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
41. Jaiswal, N., Haynesworth, S.E., Caplan, A.I. & Bruder, S.P. Osteogenic differentiation of purified, culture-expanded human mesenchymal stem cells in vitro. J. Cell. Biochem. 64, 295–312 (1997). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
42. Ferrari, G. et al. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science 279, 1528–1530 (1998). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
43. Rosenblatt, J.D., Lunt, A.I., Parry, D.J. & Partridge, T.A. Culturing satellite cells from living single muscle fiber explants. In Vitro Cell. Dev. Biol. Anim. 31, 773–779 (1995). | PubMed | ChemPort |
44. Hamazaki, T. et al. Hepatic maturation in differentiating embryonic stem cells in vitro. FEBS Lett. 497, 15–19 (2001). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
45. Schwartz, R.E. et al. Multipotent adult progenitor cells from bone marrow differentiate into functional hepatocyte-like cells. J. Clin. Invest. 109, 1291–1302 (2002). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
46. Woodbury, D., Schwarz, E.J., Prockop, D.J. & Black, I.B. Adult rat and human bone marrow stromal cells differentiate into neurons. J. Neurosci. Res. 61, 364–370 (2000). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
47. Hampson, R.E., Zhuang, S.Y., Weiner, J.L. & Deadwyler, S.A. Functional significance of cannabinoid-mediated, depolarization-induced suppression of inhibition (DSI) in the hippocampus. J. Neurophysiol. 90, 55–64 (2003). | PubMed |