Blastema

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El blastema es una masa de células desdiferenciadas, encargadas de procesos de proliferación celular y rediferenciación de nuevas estructuras perdidas por posibles daños mecánicos (amputaciones) durante el proceso de regeneración epimorfica. (1)

La creación del blastema depende de la formación de células mononucleadas individuales (1) y a su vez requiere de factores tróficos y factores de crecimiento derivados a partir del capuchón apical ectodérmico (AEC) y de la epidermis de la herida (WE) y a su vez de la presencia de nervios capaces de inervar el blastema con el fin de garantizar su supervivencia y proliferación. (2)

Micrografía de muy alta resolución de tumor de Wilms, también nefroblastoma y tumor de Wilms. La escisión quirúrgica. Tinción hematoxilina-eosina. El tumor de Wilms es un tipo de cáncer renal que se observa sobre todo en los niños.
Las imágenes muestran las características de tres componentes:
* Pequeña y redonda maligno (azul), las células ~ 2 veces el tamaño de los linfocitos en reposo (componente de blastema).
* Estructuras tubulares o rosetas (componente epitelial).
* Estroma suelta paucicelular con células fusiformes (estroma).

Formación del blastema[editar]

La formación del blastema es un paso imperativo en el proceso de regeneración epimórfica ya que este tipo de regeneración cuenta con una secuencia especifica en la cual primero ocurre la amputación de la extremidad, luego la formación del blastema, la proliferación y finalmente la diferenciación de la estructura totalmente regenerada (3). Durante los primeros días de la amputación, los tejidos cercanos a la herida empiezan un proceso de desorganización en el cual las células ubicadas en la periferia empiezan a migrar bajo la herida de la epidermis (WE) acumulándose en el centro del muñón (3).

La herida de la epidermis (WE) estructura conformada por una sola capa celular es necesaria para la regeneración de la estructura y prolifera para formar el capuchón apical ectodérmico. En el momento en el que las células se acumulan en el centro del muñón, estas empiezan a dar origen a las células del blastema que eventualmente formaran la estructura regenerada (3).

El proceso por el cual las células del blastema son originadas se conoce clásicamente como desdiferenciación. La desdiferenciación hace referencia a un proceso mediante el cual una célula somática es capaz de recuperar las capacidades de multiplicación y diferenciación en un grado celular cualquiera mediante el uso de distintos factores de transcripción incrementando así su potencialidad (4). La desdiferenciación involucra una serie de procesos específicos seriales que conllevan las células durante el proceso de formación del blastema. Esta serie empieza con una degradación de la matriz extracelular que faculta una liberación celular que permite que las células del muñón sean capaces de volver a entrar en el ciclo celular con una pérdida progresiva de la especialización fenotípica característica del tipo celular. Luego de esto se da un cambio en el patrón de actividad genética con el fin de reemplazar la matriz extracelular adulta con una más emparentada a la estructura dañada. (4)

Degradación de la matriz extracelular[editar]

Las matriz extracelular es degradada mediante hidrolasas ácidas como la cathepsina D, ácido phosphatoso, β-glucoronidasa, hidrolasas de ester carboxílico y metaloproteinasas de matriz (MMPs). Se ha observado una expresión elevada de MMPs durante la formación del blastema. Las hidrolasas ácidas mencionadas son liberadas a partir de células con heridas causadas por daños mecánicos o células en estadios últimos de vida agonizantes. Estas enzimas presentan una actividad elevada principalmente en condroclastos y osteoclastos los cuales cumplen con la función de degradar cartílago y tejido óseo y a su vez presentan una abundancia relativamente alta en estructuras durante procesos de regeneración. En el caso de los MMPs, el origen de estas proteasas aun no es muy claro debido a que los patrones espaciales de expresión no han sido profundamente estudiados y por ende se desconoce qué tipos celulares son los encargados de liberar las sustancias. Sin embargo es probable que macrófagos librados hacia el sitio de la herida secreten las MMPs que digieren las matrices extracelulares, manteniendo juntas a las células epiteliales. Otros posibles candidatos de desempeñar esta tarea son neuritos que se van extendiendo al blastema o inclusive se ha planteado la posibilidad de que las células del blastema mismo sean las encargadas de secretar las proteasas. (4)

Durante la embriogénesis, neuritos en expansión abren paso a través de la matriz extracelular mediante la excreción de MMPs. Los macrófagos de igual forma, liberan MMPs para digerir la matriz extracelular desorganizada en tejidos afectados e inclusive las células de la epidermis tienen la capacidad de secretar MMPs con el fin de cortar coágulos de plasma durante la re-epitelializacion de una herida. (4) La degradación de la matriz concluye con la diferenciación y morfogénesis de las células de blastema y la sintetizacion de la matriz extracelular acompañado de forma paralela por la presencia de factores inhibitorios de las MMPs. (4)

Reingreso de mionucleos al ciclo celular[editar]

El reingreso al ciclo celular acompañado por la pérdida de la especialización fenotípica solo ha sido documentado a partir de estudios de células musculares (mioblastos) en salamandras. El reingreso de núcleos de mioblastos al ciclo celular esta mediado por inductores como el suero o distintos factores de crecimiento derivados del suero que actúan como mitogenos. Estos factores de crecimiento, estimulan la fosforilación de la proteína del retinoblastoma de la cual emerge factores de transcripción E2F que posteriormente activan los genes cuyos productos son esenciales para la síntesis de ADN. Sin embargo se ha encontrado que los mismos factores de crecimiento que estimulan la síntesis de ADN en el caso de los mioblastos, fallan al momento de estimular la síntesis en los miotubos. Estos resultados indican que a medida que los mioblatos se van diferenciando, los miotubos paran su respuesta a la acción de los distintos factores de crecimiento, pero expresan un receptor capaz de responder al estimulo de otra proteína del suero para la síntesis de ADN. (4)

La proteína encargada de la estimulación de los miotubos aun no ha sido identificada, pero estudios usando fracciones tanto de miotubos como mioblastos cultivados, sugieren que la presencia de trombina es requerida para la activación del miotubos. Experimentos flurogenicos han mostrado incrementos en la tasa de actividad de la trombina cuando el blastema se encuentra en fase de formación. (4)

Los miotubos multinucleados luego de ser liberados del ciclo celular, ingresan en el blastema y dan origen a células mononucleadas proliferantes capaces de diferenciarse en un amplio rango de tejidos presentes en la estructura en regeneración. El mecanismo mediante el cual los núcleos de los miotubos son inducidos al reingreso del ciclo celular se da mediante un factor proveniente del suero creado por la trombina. La trombina que a su vez es la misma proteasa involucrada en la formación de coágulos, es liberada durante lesiones mecánicas de los tejidos. Esta libración se da de forma paralela con la aparición del suero en la herida y cuando ambas sustancias entran en contacto, se crea un factor capaz de inducir a los miotubos a reingresar en el ciclo celular. (4)

Este factor de inducción causado por la trombina no es un factor global entre las especies aparentemente. En estudios realizados con miotubos de ratón, se observó que los núcleos de estas células no respondían a la acción de esta proteína, pero si se desdiferenciaban en presencia del blastema de la salamandra durante el proceso de regeneración. A partir de esto se pudo concluir que la diferencia en la respuesta podía estar relacionada con la capacidad regenerativa entre salamandras y mamíferos. (1)

Pérdida de la especialización fenotípica[editar]

La pérdida de la especialización fenotípica se da por medio de mecanismos poco conocidos. Sin embargo se cree que puede estar relacionado al proceso de degradación de la matriz extracelular. En la degradación de esta matriz extracelular como estaba previamente planteado se da por medio de proteasas específicas que su a vez anulan el contacto entre las moléculas ubicadas en la matriz y los receptores de integrina, causando cambios en la morfología de la forma de los tipos celulares y reorganizando la actina presente en el citoesqueleto. Esta reorganización puede activar rutas de transducción de señales que inducen a la regulación de enzimas que desmantelan estructuras internas de cada fenotípico específico celular. (4)

Las rutas mediante las cuales se da la activación no han sido claramente estipuladas, pero se sabe de la existencia de ciertos genes cuyos productos están relacionados con la iniciación o el mantenimiento del proceso de disferenciación. Uno de estos productos ampliamente conocido en es el factor de transcripción msx1expresado en el muñón o en el proceso de formación del blastema. En estudios en los cuales se expresaba ectópicamente este factor de transcripción, se observó una clara inhibición en el proceso de miogenesis mediante la regulación del gen MyoD. Sin embargo la expresión de msx1 solo se da hasta el estado cónico de formación del blastema. (4)

Otros genes posiblemente relacionados con el proceso de disferenciacion son Nrad, radical fringe, y notch. En el caso de Nrad, se ha observado que este presenta una regulación en los núcleos de las miofibras durante las primeras 4 horas posterior a un daño en el tejido. El rfrng es expresado en procesos de regeneración únicamente en las células presentes en el blastema y también es el encargado de activar una cascada de notch en otros procesos de desarrollo. Teniendo en cuenta que esta ruta es característica de células embrionicas y células madres en estadios de no diferenciación y estadios de proliferación, existe un alto grado de relación en la iniciación o el mantenimiento de las desdiferenciación celular. Adicionalmente estos genes pueden regular la expresión de la matriz extracelular sintetizada por las células de blastema lo cual ayudaría en el proceso desdiferenciación. (8)

Origen de las células del blastema[editar]

Estudios de microscopia electrónica y de luz indican que las células del blastema se originan posiblemente mediante las desdiferenciación de condrocitos, mioblastos, fibroblastos dérmicos, tejidos conectivos y células de schawnn. Estas células progenitores se encuentran ubicados a pocos milímetros del plano de herida donde se producirá el proceso de regeneración. A partir de esto se puede inferir que el proceso de regeneración no puede ser llevado cabo por células circulantes de zonas distantes a la zona de amputación o células madre activadas en una locación distante al sitio de amputación. Además a partir de estudios de amputación de extremidades en salamandras, se conoce que las células progenitoras tienen la capacidad de persistir, inclusive en estructuras que ya fueron previamente regeneradas, indicando que las células progenitoras se renuevan en estructuras maduras de los individuos. (3)

Existen dos tipos de población de células de blastema. La primera población de células es equivalente a las células mesenquimales no diferenciadas en la región distal de muñón cuya función está relacionadas con el crecimiento y el patrón de formación, durante el desarrollo de una extremidad, esta población se encuentra ubicada en una región denominada región de progreso. La segunda población consiste de tipos celulares que poseen patrones de migración hacia la estructura durante su regeneración. Esta migración se encuentra mediada por señales posicionales provistas por células de la primera población. Estas poblaciones de células cuentan con papeles activos durante el desarrollo de las extremidades. Las células de la primera población son conocidas por contribuir con la formación de tejidos conectivos y esqueléticos, mientras que las células de la segunda población son precursoras de vasos sanguíneos, mioblastos y fibras nerviosas. (6)

A pesar de la certeza que ciertas células progenitoras son capaces de derivar células de blastema, el origen de estas era ampliamente desconocido. La evidencia encontrada en estudios de regeneración de extremidades de salamandras, apuntaba a que todos los tejidos de la extremidad madura contribuían con células que sufrían procesos de disferenciacion para la formación del blastema y posteriormente la regeneración completa de la estructura perdida. Sin embargo nueva evidencia encontrada a partir de estudios realizados con injertos de tejidos previamente marcados, indica que la participación de los tipos celulares presenta una jerarquía y no un comportamiento equitativo en el proceso de formación de blastema. (3)

La contribución celular al blastema está indicada por el orden a continuación:

Nervios y vasos sanguíneos[editar]

La estructura regenerada contiene tanto nervios como vasos sanguíneos, que presentan continuidad con más estructuras proximales en el muñón. Anteriormente se pensaba que el blastema temprano presentaba poca vascularización con vasos sanguíneos creciendo distalmente en estadios más desarrollados derivados de vasos preexistentes en el muñón. Sin embargo se ha observado que la vascularización es un proceso que se da de forma mucho más temprana en estadios del blastema, donde los vasos sanguíneos son derivados de células de vasos, afectados por el daño en zonas muchas más proximales al muñón. (3)

Al momento de la amputación, los axones preexistentes en el muñón presentan una tendencia a contraerse una distancia corta de forma proximal, antes de empezar el proceso de regeneración y inervar el estadio temprano del blastema y la epidermis superpuesta. Debido a que las células de los axones presentes en el blastema se encuentran dentro del sistema nervioso central, estas células no son consideradas células pertenecientes a ninguna de las poblaciones de células de blastema previamente mencionadas. Sin embargo, en el momento en el que los axones son contraídos debido al efecto de la amputación, estos dejan restos de tejido conectivo envolvente compuesto por fibroblastos y células de schawnn. Estas células proliferantes contribuyen de forma activa a la formación del blastema y además presentan asociaciones cercanas con los axones que están siendo regenerados para formar nuevamente la envoltura de nervios en la extremidad. (3)

A partir de esto se puede concluir que la proliferación del blastema depende de la presencia de nervios ya que las neuronas tienen la capacidad de liberar factores que incrementan la proliferación de las células del blastema. (1)

Tejidos esqueléticos[editar]

Los elementos esqueléticos que conforman el muñón dependen únicamente de la posición de la estructura. Esta conformación puede estar dada por tejido conectivo (fibroblastos) o condrocitos y células pericondriales u osteocitos y células perioestales. Sin embargo el tejido conectivo es la estructura que mayor contribución presenta al momento de formación del blastema y consecuente regeneración. En estudios realizados donde el tejido conectivo que rodea los elementos esqueléticos era eliminado, se observó un patrón de formación del blastema mucho menor que cuando este se encontraba presente. Adicionalmente se encontró evidencia que el tejido esquelético de una extremidad amputada podía presentar formación de blastema y regeneración, a partir de únicamente elementos de fibroblasto, lo cual reafirmo la poca participación de elementos esqueléticos en el proceso de regeneración. (3)

Músculo[editar]

Debido a que el musculo presenta capas multicelulares con células de diferentes orígenes, el origen de células progenitoras formadoras de blastema presenta poca claridad. Las capas de tejido muscular son capas complejas que presentan diversos tipos celulares como células de schawnn asociadas a los nervios, miofibras, tejido conectivo o fibroblastos y células madres presentes en los músculos que incluyen células satélites o células postsatelites. Existe evidencia de una línea celular denominada A1 capaz de formar miotubos in vitro. Estos miotubos multinucleados al ser insertados en el blastema, reingresan en el ciclo celular al ser estimuladas con suero y son fragmentados a células mononucleadas formadoras de blastema. (3)

Además de las células mononucleadas derivadas a partir de mioblastos multinucleados, las progenitoras de células postsatelite también contribuyen al proceso de regeneración muscular. Las células satélite son células madre miogenicas presentes debajo de la lámina externa de fibras musculares esqueléticas. Estas células responden a daños mediante la incorporación 3H-thimidina, proliferación y fusión para formar miotubos usando un mecanismo celular similar al de la línea A1. A pesar de la contribución relativa celular de las dos fuentes principales señaladas, es claro que las células contribuyentes a la formación del blastema se encuentran presentes en tejido preexistentes en la estructura afectada. (3)

Tejido conectivo[editar]

Células formadoras de tejido conectivo en las dermis y músculos proximales, nervios y vasos sanguíneos son llamadas colectivamente fibroblastos. Los fibroblastos son los elementos celulares que mayor influencia presentan en la regeneración, tanto en términos de contribución celular al momento de formar el blastema como en el control del crecimiento y patrón de formación de la nueva estructura. La progenie de fibroblastos dérmicos conforma entre el 19 y el 78% de células en estadios temprano de formación de blastema. (3)

Proliferación de las células del blastema[editar]

La proliferación de las células del blastema depende de la presencia de nervios, al ser las neuronas las encargadas de liberar factores que incrementa el potencial de proliferación. Uno de los factores liberados, es el factor de crecimiento glial. Este factor es imperativo al momento de mantener un grado alto de proliferación en las células del blastema. Otro factor importante es el factor de crecimiento fibroblastico 2 (FGF2) presente en los axones que inervan la extremidad, el cual cumple con una función crítica al momento de la proliferación. El FGF2 cumple funciones adicionales aparte de la regeneración. En primer lugar puede funcionar como un factor de angiogénesis debido a que el tejido en regeneración necesita y desarrolla suministro sanguíneo poco después de haberse generado un daño en el tejido. En segundo lugar, este factor actúa como un estimulante de la mitosis y establece el patrón de la extremidad en regeneración. Sin embargo la proliferación de células del blastema no depende únicamente de factores previamente mencionados. Esta proliferación requiere también efectos metabólicos excretados por hormonas endocrinas, factores específicos derivados a partir del AEC y los nervios presentes en la zona del blastema. (7)

Señales derivadas a partir de la epidermis apical[editar]

A pesar de que las células de la epidermis no poseen una contribución directa a la formación del blastema, el cubrimiento de células especializadas de la epidermis apical juega un papel crítico en el proceso de regeneración. Estas células permiten el crecimiento y a su vez controlan el patrón de formación en el desarrollo de nuevas extremidades. Existe evidencia que alteraciones o remoción de la WE o el AEC alteran el proceso de regeneración de forma dramática al interrumpir el contacto entre la epidermis apical y muñón formador de blastema. La expresión de una serie de genes en células ubicadas en el muñón es una evidencia contundente de la interacción necesaria entre estas estructuras durante el mecanismo de regeneración. Debido a que la expresión de estos genes no se da en células adyacentes a puntos de contacto entre estas capas celulares, es presumible que la naturaleza de las señales tenga un rango de expresión corto y requiere una aproximación cercana de las capas celulares involucradas. (3)

A pesar de que el mecanismo mediador de las señales expresadas en el muñón y la epidermis no esté claramente estipulado, se cree que factores de crecimiento FGFs sean importantes durante el proceso de regeneración. Muchos factores de crecimiento han demostrado expresividad en la regeneración como es el caso de de fgf4, fgf8 y fgf10. Estos factores están involucrados en mecanismos de proliferación principalmente pero se ha encontrado que también participan como quimioatrayentes y estimulantes de migración de células del esbozo de las extremidades hacia la epidermis apical. Teniendo en cuenta que uno de los primeros eventos celulares en la regeneración, es la migración de fibroblastos dérmicos y otras células distales del muñón hacia la WE, los FGFs podrían ser los responsable de emitir señales tempranas involucrados en eventos de migración temprana celular. Además debido a que la proliferación es un evento que precede de la migración, existe la hipótesis que las tasas de proliferación dependen de la posición y el contacto celular originado a partir de la proximidad con la epidermis apical y las señalas derivadas de la misma. (3)

Señales asociadas con el establecimiento de la punta distal[editar]

Evidencia molecular y genética indica que la especificación de la región distal es consecuencia de la expresión simultánea de miembros 3’ y 5’ de los complejos Hoxa y Hoxd. La expresión temprana de Hoxa13 y Hoxd9 en células del muñón sugieren que uno de los primeros eventos en la regeneración es el establecimiento de la punta distal sin importar el nivel de amputación. El establecimiento temprano de la punta distal garantiza que los tejidos en regeneración sean siempre un reemplazo exacto de la porción del patrón que ha sido eliminado por la amputación. Adicionalmente el blastema distal señaliza al muñón proximal, incentivando la proliferación y regeneración de las estructuras intermedias ausentes. (3)

Bibliografía referenciada[editar]

(1) Gilbert, S.F., (2006), Developmental Biology. (Seventh edition).EUA. Sinauer Associates.

(2) Heber-Katz, E., (2004), Regeneration: Stems cells and Beyond. (First edition). EUA. Springer-Verlag

(3) Brian, K., (2007), Fins into Limbs: Evolution, Development and Transformation. (First edition).EUA. University of Chicago press.

(4) Nombela, C., (2007), Células madre, encrucijada biológica para la medicina: del tronco embrionario a la regeneración adulta. (Primera edición). España. EDAF.

(5) Alvarez-Diaz, J.A., (2007). El estatus del embrión humano desde el gradualismo. Medigraphic. Volumen 143. No 3. 267-277.

(6) Agata, K., T. Tanaka, et al. (2003). "Intercalary regeneration in planarians." Developmental Dynamics 226(2): 308-316.

(7) Handberg-Thorsager, M., E. Fernandez, et al. (2008). "Stem cells and regeneration in planarians." Frontiers in Bioscience 13: 6374-6394.

(8) Sanchez-Alvarado, A. (2006). "Planarian regeneration: Its end is its beginning." Cell 124(2): 241-245.