300px|miniatura|Células nai embrionarias humanas en cultivo celular 300px|miniatura|Pluripotencia: as células nai embrionarias poden desenvolverse dando calquera tipo de célula, agás as da placenta. Só as células nai embrionarias da mórula son totipotentes: poden desenvolverse orixinando calquera tipo de célula, incluso as placentarias.

As células nai embrionarias (células ES ou ESC polas súas siglas en inglés de embryonic stem cells) son células nai pluripotentes derivadas da masa celular interna dun blastocisto, o cal é un dos estadios iniciais do embrión preimplantación. Os embrións humanos chegan á etapa de blastocisto aos 4 ou 5 días despois da fecundación, momento en que constan de 50 a 150 células. Illar un embrioblasto ou masa celular interna ten como resultado a destrución do blastocisto, un proceso que presenta cuestións éticas, como se os embrións en fase de preimplantación deberían ter ou non a mesma consideración moral que os embrións na fase de postimplantación do desenvolvemento.

As investigacións céntranse principalmente no potencial terapéutico das células embrionarias, e o uso clínico é o obxectivo de moitos laboratorios. Os seus usos potenciais inclúen o tratamento da diabetes e as enfermidades cardíacas. As células están sendo estudadas para o seu uso en terapias clínicas, modelos de trastornos xenéticos e reparación do ADN/celular. Porén, tamén se informaron dos efectos adversos desta investigación e en procesos clínicos como tumores e respostas inmunes non desexadas.

Propiedades miniatura|O transcritoma de células nai embrionarias

As células nai embrionarias, derivadas do estadio de blastocisto de embrións de mamíferos temperáns, distínguense pola súa capacidade de diferenciarse en calquera tipo de célula embrionaria e pola súa capacidade de autorrenovarse. Estas características son as que as fan valiosas para a investigación científica e médica. As células nais embrionarias teñen un cariotipo normal, manteñen unha alta actividade de telomerase e mostran un salientable potencial proliferativo a longo prazo.

Pluripotencia

As células nai embrionarias da masa celular interna son a pluripotencia, o que significa que poden diferenciarse para xerar o ectoderma primitivo, que finalmente se diferencia durante a gastrulación en todos os derivados das tres capas xerminais primarias: ectoderma, endoderma e mesoderma. Estas capas xerminais xeran todos e cada un dos máis de 220 tipos celulares do corpo humano adulto. Cando se lles proporcionan os sinais axeitados, as células nai embrionarias forman inicialmente células precursoras que seguidamente se diferencian nos tipos celulares desexados. A pluripotencia distingue as células nai embrionarias das células nai adultas, que son multipotentes e só poden producir un número limitado de tipos celulares.

Autorrenovación e reparación de estruturas

En condicións definidas, as células nai embrionarias poden autorrenovarse indefinidamente permanecendo nun estado indiferenciado. As condicións de autorrenovación deben evitar que as células se agrupen e manteñan un ambiente que soporte un estado non especializado. Tipicamente isto faise no laboratorio utilizando medios que conteñen soro e o factor inhibidor da leucemia ou suplementos de medios sen soro con dous fármacos inhibidores ("2i"), o inhibidor de MEK PD03259010 e o inhibidor de GSK-3 CHIR99021.

Crecemento

As células nai embrionarias divídense moi frecuentemente debido a que teñen unha fase G1 acurtada no seu ciclo celular. Unha división celular rápida permite a estas células crecer en número rapidamente, pero non en tamaño, o cal é importante para o desenvolvemento temperán do embrión. Nas células nai embrionarias as proteínas ciclina A e ciclina E implicadas na transición G1/S exprésanse sempre e a alto nivel. As quinases dependentes de ciclina como CDK2, que promove a progresión do ciclo celular, están sobreactivadas, en parte debido á regulación á baixa dos seus inhibidores. As proteínas do retinoblastoma que inhiben o factor de transcrición E2F ata que a célula está lista para entrar na fase S están hiperfosforiladas e inactivadas nas células nai embrionarias, o cal conduce á expresión continua de xenes de proliferación. Estes cambios orixinan ciclos acelerados de división celular. Aínda que unha fase G1 acurtada foi ligada ao mantemento da pluripotencia, as células nai embrionarias que crecen en condición 2i libres de soro expresan proteínas do retinoblastoma hipofosforiladas activas e teñen unha fase G1 alongada. Malia esta diferenza no ciclo celular, cando as comparamos con células nai embrionarias que crecen en medios que conteñen soro, estas células teñen características pluripotentes similares. Os factores de pluripotencia Oct4 e Nanog xogan un papel na reglación transcricional do ciclo celular das células nai embrionarias.

Usos

Debido á súa plasticidade e capacidade potencialmente ilimitada de autorrenovación, propuxéronse terapias con células nai para medicina rexenerativa e substitución de tecidos despois dunha lesión ou doenza. As células nai pluripotentes son prometedoras para tratar diversas condicións, como por exemplo as seguintes: lesións de medula espiñal, dexeneración macular relacionada coa idade, diabetes, trantornos neurodexenerativos (como a enfermidade de Parkinson), SIDA etc. Ademais do seu potencial en medicina rexenerativa, as células nai embrionarias proporcionan unha fonte alternativa de tecidos ou órganos que servirían como solución á escaseza de doantes para transplantes. Non obstante, isto presenta algunhas controversias éticas (ver a sección de máis abaixo "Debate ético"). Xunto con estes usos, as células nai embrionarias poden usarse para a investigación do desenvolvemento humano temperán, certas doenzas xenéticas e tests toxicolóxicos in vitro.

Utilizacións

Segundo un artigo de 2002 en PNAS, "as células nai embrionarias humanas teñen o potencial de diferenciarse en varios tipos de células e, así poden ser útiles como fonte de células para o transplante ou enxeñaría de tecidos." miniatura|Corpos embrioides 24 horas despois da súa formación.

Porén, as células nai embrionarias non están limitadas á enxeñaría de células e tecidos.

Terapias de substitución de células A investigación actual está enfocada nas células nai embrionarias diferenciadas en diversos tipos celulares para un posible uso como células de terapia de substitución. Algúns dos tipos celulares que foron ou están a ser desenvolvidos son os cardiomiocitos, neuronas, hepatocitos, células da medula ósea, células dos illotes de Langerhans pancreáticos e células endoteliais. Porén, a derivación de tales tipos celulares a partir de células nai embrionarias non carece de problemas, polo que as investigacións actuais están centradas en superar estas barreiras. Por exemplo, realízanse estudos para conseguir diferenciar células nai embrionarias en cardiomiocitos e para erradicar as súas propiedades inmaturas que as distinguen dos cardiomiocitos adultos.

Potencial clínico

Obtivéronse células nai embrionarias diferenciadas en células produtores de dopamina coa esperanza de que estas neuronas se poidan usar no tratamento da enfermidade de Parkinson. As células nai embrionarias foron diferenciadas en células asasinas (NK) e do tecido óseo. Estúdase o seu uso como tratamento alternativo para a diabetes. Por exemplo, D’Amour et al. conseguiron diferenciar células nai embrionarias en células que producen insulina e investigadores da Universidade Harvard conseguiron producir grandes cantidades de células beta pancreáticas a partir de células nai embrionarias.Colen, B.D. (9 October 2014) Giant leap against diabetes The Harvard Gazette, Retrieved 24 November 2014 Un artigo publicado no European Heart Journal describe un proceso traducional para xerar células proxenitoras cardíacas derivadas de células nai embrionarias para utilizalas en ensaios clínicos en pacientes con insuficiencia cardíaca grave.

Descubrimento de fármacos

Ademais de convertérense nunha alternativa importante para o transplante de órganos, as células nai embrionarias están utilizándose tamén no campo da toxicoloxía e como cribados celulares para descubrir novas entidades químicas que poidan desenvolverse como fármacos de baixo peso molecular. Os cardiomiocitos derivados de células nai embrionarias son validados en modelos in vitro para testar respostas a fármacos e predicir perfís de toxicidade. Os cardiomiocitos derivados de células nai embrionarias responden a estímulos farmacolóxicos e, por tanto, poden utilizarse para estimar a cardiotoxicidade como nas torsades de pointes (puntas retortas nos picos do electrocardiograma).

Os hepatocitos derivados de células nai embrionarias son tamén modelos útiles que poden utilizarse nos estadios preclínicos do descubrimento de fármacos. Porén, o desenvolvemento de hepatocitos a partir de células nai embrionarias ten moitas complicacións e isto dificulta a capacidade de testar o metabolismo dos fármacos. Por tanto, as investigacións actuais están dirixidas a establecer hepatocitos derivados de células nai embrionarias totalmente funcionais con actividade encimática estable en fase I e II.

Modelos de trastornos xenéticos

Varios estudos novos empezan a tratar a utilización como modelos de trastornos xenéticos das células nai embrionarias. A modelización de enfermidades xenéticas conseguiuse con células nai embrionarias manipulando xeneticamente as células ou, máis recentemente, derivando liñas celulares de enfermidades identificadas por diagnose xenética prenatal. Esta estratexia pode ser moi valiosa no estudo de trastornos como a síndrome do X fráxil, a fibrose quística e outras doenzas xenéticas que non teñen un sistema modelo fiable.

O investigador ruso-americano Yury Verlinsky, especializado en xenética embrionaria e celular (citoloxía xenética), desenvolveu métodos de tests de diagnose prenatal para determinar trastornos cromosómicos e xenéticos aplicables un mes e medio antes que a amniocentese estándar. As técnicas utilízanse agora por parellas que van ter fillos, especialmente se teñen unha historia de anormalidades xenéticas ou en mulleres de máis de 35 anos (cando o risco de trastornos xenéticos é maior). Ademais, como permiten aos pais seleccionaren un embrión sen trastornos xenéticos, teñen o potencial de salvar as vidas de irmáns que xa tiveron trastornos e doenzas similares usando células procedentes dos fillos sen a doenza."Dr. Yury Verlinsky, 1943–2009: Expert in reproductive technology" Chicago Tribune, July 20, 2009

Reparación de danos no ADN

As células somáticas diferenciadas e as células nai embrionarias usan diferentes estratexias para tratar cos danos no ADN. Por exemplo, os fibroblastos humanos do prepucio do pene, un tipo de célula somática, usan a unión de extremos non homólogos (NHEJ), un proceso de reparación do ADN tendente ao erro, como vía principal para a reparación de roturas de dobre febra no ADN en todos os estadios do ciclo. Debido á súa natureza tendente ao erro, o NHEJ adoita producir mutacións en descendentes clonais de células.