¿Cartuchos de tinta?–No, de células madre

Hace unas semanas se anunció en televisión las primeras impresoras 3D (más cercanas al uso doméstico) que a partir de un gel daban lugar a una estructura tridimensional. En principio nada demasiado impresionante, al menos en cuanto a resultado, pero que sin duda asienta las bases para una futura evolución del el sistema (y si no recordad las primeras impresoras de agujas). Ahora aparece la primera impresora 3D que usa como “tinta” células madre.

Gradientes de proteínas, los grandes arquitectos del plan corporal

Cuando entendemos un poco más el funcionamiento y coordinación que existen entre las células de los organismos complejos aparecen muchas preguntas. Podemos leer miles de artículos, donde se nos dicen que un gen X, al expresarse en una célula Y hace que esta célula se diferencie a una célula del tipo Z. En los libros de biología, de desarrollo, etc., podréis encontrar centenares de ejemplos como este, tantos como rutas de señalización. Pero, ¿Cómo sabe la célula Y que tiene que expresar el gen X? ¿Por qué ella sí lo hace y no las células que se encuentran unos cuantos centímetros más allá? Porque recordemos que todas las células del cuerpo (excepto las germinales maduras) son clones idénticos del cigoto, y por tanto su genoma es idéntico…

El gusano C.elegans, un modelo a seguir…

Aunque muchos de vosotros ya lo conoceréis de sobra, y hemos hablado de él en algún caso. Pero si os preguntasen cuál creéis que es uno de los principales modelos para explicar los fenómenos que ocurren durante el desarrollo…¿llegaríais a la conclusión de que es un gusano de apenas 1 mm?

La principal caracterísica de este gusano es que es el único organismo del que se conoce absolutamente todo el árbol genealógico de todas y cada una de sus células.

Se conoce el destino de cada una de las células resultantes de una división y existe una base de datos a partir de la cual se puede realizar un seguimiento y ver qué tejido de destino tiene cada una de las 956 células somáticas del gusano: http://www.wormbase.org/.

Al ser transparente y translúcido es muy fácil marcar las células con algún tipo de fluorocromo y ver su destino. A la próxima deberíais replantearos menospreciar un gusano. Por cierto os recomiendo que trasteéis un poco por la base de datos porque es bastante interesante.

Vasos sanguíneos allá donde se necesiten

En una entrada de hace ya bastante tiempo se habló de la estructura de la arteria y de la vena, no obstante a pesar de que estos vasos son los más grandes o con una estructura muy compleja, existen otros mucho más sencillos como son los capilares. Los capilares a pesar de ser los vasos más sencillos, tan sólo están formados por una capa de células llamadas células endoteliales, forman el revestimiento celular que está en contacto con la sangre en los vasos más complejos como las arterias y las venas, de alguna manera son la base estructural de los vasos sanguíneos. A pesar de estar constituidos por una única capa de células son capaces de transportar los nutrientes y oxígeno hasta cualquier rincón del organismo y no hay ninguna célula del cuerpo que esté a más de 50 micras de un capilar, y si lo está habrán otros mecanismos que permitan el transporte de los nutrientes y el oxígeno, como ocurre con las uniones de tipo gap y las células del cristalino.

Si los nutrientes son importantes el oxígeno aún lo es más ya que en los animales es el aceptor de electrones en la cadena de transporte electrónico mitocondrial y sin él las células van a tener que recurrir a alternativas metabólicas menos eficientes energéticamente hablando. Por tanto, ¿qué mejor director para el crecimiento de los vasos que el oxigeno?

Se ha visto que durante el desarrollo y a lo largo de la vida del organismo la vascularización de los tejidos va a depender de la actividad metabólica de estos que se traduce en una mayor demanda de oxígeno. Las células endoteliales se dividen por bipartición, los pequeños vasos para ramificarse extienden una prolongación de tipo pseudópodo, posteriormente se forma una vesícula en su interior y al final la vesícula acaba comunicándose con la luz del vaso de partida. Este proceso permite la ramificación de los capilares para aumentar la irrigación del tejido que le rodea y como ya se ha comentado uno de los principales directores de este proceso es el propio oxígeno.

En tejidos en que se está dando una situación de hipoxia las células van a activar la expresión del factor HIF-1 (factor inducible por hipoxia) que a su vez va a  estimular la expresión del gen VEGF. Esta proteína se secreta y difunde a través del tejido actuando en la proximidad de las células endoteliales. Éstas poseen un receptor para dicha substancia, una vez se una al receptor desencadenará una serie de cambios en la expresión génica que dará lugar a la síntesis de proteasas que facilitarán la rotura de la lámina basal del capilar en la zona donde se va a producir la ramificación. Activación de los mecanismos de migración para desplazarse hacia el origen de la señal, o lo que es lo mismo, hacia el tejido que padece hipoxia, al mismo tiempo se producirá la proliferación y acabarán dando lugar a un nuevo vaso que irrigará el tejido. Una vez empiece a llegar el oxígeno al tejido bajará la concentración de HIF-1, también la de VEGF y las células endoteliales detendrán todo el proceso de activación y permanecerán en un estado diferenciado, cumpliendo su función y a la espera de futuras señales si es necesario continuar con la expansión de nuevos vasos.

Aquí tenéis un video del proceso:

Efectos del alcohol durante el embarazo

Durante el embarazo se recomienda no beber, no fumar…etc.. Algunas madres lo cumplirán más a rajatabla, otras menos….pero ¿hasta qué punto afecta el alcohol en el desarrollo del feto?

Ya en el año 1968 Lemoine y col. observaron un síndrome de defectos al nacimiento en niños de madres alcohólicas. Esto es lo que se conoce como síndrome alcohólico fetal. Estos niños se caracterizaban por el pequeño tamaño de la cabeza, labios más pequeños…Sobre todo el cerebro de estos niños puede ser mucho más pequeño que un cerebro normal y con frecuencia muestran defectos en la migración celular durante el desarrollo, ya se ha comentado la importancia de este mecanismo durante su desarrollo en otra entrada. Una imagen vale más que mil palabras y aquí podéis ver las diferencias entre un cerebro con SAF y un cerebro normal (síndrome alcohólico fetal):



Estos niños tienen retrasos en el desarrollo y retraso mental con un coeficiente entorno a 68. Se encontró que los pacientes de SAF que tienen una edad cronológica de 16 años y medio tienen un vocabulario funcional de 6 años y medio y las capacidades matemáticas de un niño de 4º curso, y la lista de inconvenientes sigue…

Se ha comprobado en ratones que cuando son expuestos a etanol en el momento de la gastrulación éste induce el mismo grado de defectos del desarrollo que en humanos. Tras 12h de ingesta de alcohol por la madre se observan las anomalías en el desarrollo. Estos estudios sugieren que el etanol puede inducir mecanismos teratogénicos por más de un mecanismo. Uno de los signos más evidentes son los problemas en la migración de las células de la cresta neural ya que estas células, tratadas con etanol, se diferencian de forma prematura, inducir apoptosis y un largo etc..

Una de las posibles razones es la creación de radicales superóxido por parte del metabolismo del etanol:


Hay muchos estudios sobre los efectos del etanol en el desarrollo, y no voy a ponerme a describir todos, pero espero que esto haga recapacitar un poco a la gente sobre la importancia de cuidarse durante el embarazo.

Intolerancia a la lactosa en adultos

Hay muchas veces que cuando tomamos leche nos empezamos a encontrar mal y tenemos problemas gastrointestinales, entre ellos diarrea y fuertes retortijones.

En la mayoría de ocasiones es un problema que aparece durante la etapa adulta. Esto se debe a la incapacidad de poder metabolizar el azúcar de la leche, la lactosa.

La vía de la glicolisis es la principal vía de obtención de nuestros organismos, ya que la glucosa es la principal fuente de carbono en nuestra dieta. No obstante en raras ocasiones se ingiere glucosa como tal y nos enfrentamos a otras moléculas que deben ser preparadas previamente antes de poder entrar en la ruta.

Durante la infancia, en los mamíferos (en los que se nos incluye), la leche es la principal fuente de alimento, y con ella su azúcar, la lactosa. La lactosa es un dímero formado por una molécula de glucosa y otra molécula de galactosa. Para que la lactosa pueda pasar a la ruta debe ser convertida en sus dos monómeros, la glucosa puede entrar directamente en la ruta mientras que la galactosa será fosforilada a galactosa-1P por la galactoquinasa, posteriormente una galactosa-1P uridiltransferasa hace que la galactosa adquiera el grupo UDP dando como producto UDP-galactosa y glucosa-1P que ya puede entrar en la ruta a nivel de glucosa-6P por la acción de una isomerasa, mientras que la galactosa-UDP por una epimerasa se transforma en UDP-glucosa regenerando el dador de glucosa.

La escisión de la lactosa en galactosa y la glucosa es un paso catalizado por la lactasa, este es el enzima clave en la intolerancia a la leche.

Durante la infancia los niveles de lactasa son muy elevados pero en todos los mamíferos es normal un descenso en los niveles de lactasa durante su  desarrollo, en el caso de humanos llegando hasta tan sólo un 5-10% de los niveles que se tenía durante la infancia.

Esta intolerancia a la leche no es equitativa en todos los lugares, por ejemplo, el hecho de que en el norte de Europa con la aparición de los animales domésticos productores de leche se ha favorecido que los niveles de lactasa sean mayores en adultos pudiendo tomar leche sin ningún problema gastrointestinal, en este caso una hipotética alteración genética que mantuviese los niveles de lactasa elevados podría ser favorable en estas zonas en donde la leche es una fuente de calorías muy asequible e importante.

¿Qué ocurre con la lactosa en los intolerantes a la leche?



En este caso los bajos niveles de lactasa no permiten digerir la lactosa, cuando pasa del estómago al intestino se encuentra con un ejército de microorganismos, que forman parte de la flora gastrointestinal, para los cuáles la lactosa es un manjar. Esta lactosa es fermentada a ácido láctico al mismo tiempo que generan metano e hidrógeno. Este gas provoca la distensión del intestino y el problema de las flatulencias, retortijones y demás sinónimos, además los elevados niveles de ácido láctico y de lactosa no digerida, que son osmóticamente activas, producen la entrada de agua en el intestino produciendo diarrea.

Si el problema es grave pueden darse serios problemas por deshidratación e incluso problemas a la hora de absorber los nutrientes a nivel del intestino.

La única solución que queda es reducir el consumo de leche, o leche baja en lactosa…o también ingerir la enzima lactasa junto con los productos lácteos.

¿Cómo nutre la madre al feto?

Ya sé que muchos de vosotros conocéis cómo los nutrientes de la madre pasan al feto, a través del cordón umbilical. Pero la sangre del cordón umbilical, ¿es sangre materna?, ¿es sangre fetal?, ¿de dónde provienen estas estructuras extraembrionarias?

Intentaremos responder a todas estas preguntas en esta nueva entrada. En el momento de la implantación del embrión, una vez llegado el estado de 16 células ya se encuentran claramente diferenciados dos tipos celulares, las células externas que darán lugar al trofoblasto y la masa celular interna de donde van a derivar todos los tejidos que constituirán el embrión. No obstante en esta entrada dejaremos de lado la masa celular interna y nos centraremos en las células del trofoblasto que junto con la colaboración de células de origen materno darán lugar a ese punto de contacto madre e hijo que es el sistema de la placenta, el cordón umbilical, etc..

Alrededor del día 7 , mientras la masa celular interna empieza a sufrir los movimientos celulares, formación del surco primitivo, etc.. Las células del trofoblasto sufren una serie de cambios. Las células trofoblásticas van a dar lugar a una capa denominada citotrofoblasto, mientras que otra parte de las células trofoblásticas dan lugar a un tipo celular multinucleado llamado sincitiotrofoblasto (citoplasma con múltiples núcleos) que prolifera abriéndose paso a través del endometrio, primero se adhiere y posteriormente mediante enzimas proteolíticos van ingresando en el interior de la mucosa uterina permitiendo remodelar los vasos sanguíneos de  ésta, recordemos que es un tejido muy vascularizado. El útero a su vez, estimulado por el sincitiotrofoblasto, hace que los vasos sanguíneos proliferen en esta zona donde finalmente contactan con el sincitiotrofoblasto.

Al mismo tiempo las células del mesodermo extraembrionario del embrión van a dar lugar a los vasos sanguíneos que partirán desde el sincitiotrofoblasto hacia el feto a través del futuro cordón umbilical.

Todo este sistema de vasos maternos, embrionales, sincitiotrofoblasto…va a dar lugar al órgano maduro llamado corion que se fusiona con la pared uterina para dar lugar a la placenta.

Por tanto en ningún momento hay intercambio de sangre entre la madre y el embrión, el corion va a ser la superficie de intercambio, tanto de gases como de nutrientes y esa es una de las razones por la cuál durante la etapa fetal los glóbulos rojos del embrión poseen un tipo diferente de subunidad en la hemoglobina, la subunidad gamma, con mucha más afinidad por el oxígeno, facilitando así la captación del oxígeno que le llega a través de la sangre de la madre. Al mismo tiempo este sistema va a permitir que el feto pueda deshacerse de ciertas sustancias de desecho, mayoritariamente el dióxido de carbono.

Como habéis visto, este complejo sistema de intercambio madre e hijo esta sustentado tanto por tejidos embrionarios como por tejidos maternos, y su formación depende de órdenes que mutuamente se dan entre los dos sistemas para constituir la arquitectura definitiva.

Ictericia fisiológica del recién nacido

Muchas veces, si habéis ido al hospital a visitar el hijo recién nacido de un amigo o de una amiga, y yo mismo lo he vivido con mi propia hermana, habréis visto que muchas veces los tienen en la incubadora bajo una especie de lámpara, desnudos y con una venda en los ojos que en algunas ocasiones tienen el dibujo de unas divertidas gafas de sol. 

Al niño no le pasa nada y es normal que lo sometan a este tratamiento de luz ultravioleta. ¿Pero que es la ictericia y que tiene que ver con todo esto?

Se dice que alguien sufre ictericia cuando los niveles en sangre de bilirrubina son mayores de 2 mg/dl. La bilirrubina es un compuesto resultante del metabolismo del grupo hemo.

Los eritrocitos, que son ricos en esta molécula ya que es la encargada de coordinarse con el hierro permitiendo el transporte del oxígeno en sangre, se renuevan ya que tienen una vida media de unos 120 días. Una vez son degradados la parte proteica de la hemoglobina se metaboliza sin ningún tipo de problema, el hierro se extrae del grupo hemo (ya expliqué en otra entrada que el hierro es un bien escaso en nuestro organismo) y finalmente el grupo hemo se metaboliza hasta bilirrubina. La bilirrubina que se genera en nuestro organismo es eliminada a través de las sales biliares por las heces y en ocasiones puede servir como precursor de otras moléculas.

No obstante hay ocasiones en que la bilirrubina en sangre aumenta y puede ser realmente peligrosa, sobre todo en un recién nacido, ya que la bilirrubina inhibe la síntesis de DNA (algo esencial para células proliferantes que van a contribuir al crecimiento y el desarrollo del recién nacido), inhibe las ATPasas (moléculas generadoras del ATP) en las mitocondrias y un largo etc..

En el recién nacido es habitual que los niveles de bilirrubina estén por encima de los valores normales ya que fisiológicamente se dan una serie de condiciones que favorecen este hecho. De entrada, hay una gran destrucción de eritrocitos ya que la mayoría corresponden a eritrocitos fetales que en su interior contienen aun la hemoglobina fetal y por tanto deben ser eliminados, además en el hígado durante la etapa fetal hay eritropoyesis y por tanto la presencia de tejido hematopoyético dificulta la circulación hepática y el transporte de la bilirrubina al hepatocito para destinarla a la vesícula biliar.

Además la propia molécula de bilirrubina dificulta su metabolismo y eliminación ya que es una molécula que al contener dobles enlaces alternados es resonante y puede adoptar múltiples formas de resonancia, algunas son mejor reconocidas que otras por los receptores y transportadores. No obstante como cualquier otra molécula resonante tienen capacidad de absorber la luz, y parece ser que la luz UV favorece la aparición de formas resonantes más fáciles de eliminar y metabolizar, y eso explica las sesiones de rayos UV a los que son sometidos los recién nacidos y también explica las “manías” de las abuelas (que saben más de lo que parece) de decir: ¡Ese niño está muy amarillito! ¡Sácalo para que tome el sol! Y es que un exceso de bilirrubina se refleja en la coloración amarillenta de la piel por la capacidad de absorber en determinadas longitudes de onda.

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Determinación del sexo

La mayoría de los que pasáis por este blog conocéis de sobra la determinación del sexo en mamíferos, que viene definido por los cromosomas sexuales (eso no implica que un día no dedique una entrada para explicar más detalladamente el mecanismo) pero hay algunos casos en que hay una prevalencia epigenética sobre el genotipo, es decir, tienen más peso otros factores externos en la determinación del sexo que el propio genotipo.

En el caso de algunos equinoideos como Boneilla viridis (a la izquierda) el sexo se  determina según el lugar de maduración de la larva. Si la larva hace contacto en un sitio en donde hay hembras se desarrollará como macho y si llega a un entorno si hembras se desarrollará como hembra. Las hembras poseen probóscide y los machos no, y al parecer es la presencia de una sustancia emitida por la probóscide lo que induce el desarrollo como machos.




Los gasterópodos del género Crepídula (derecha) son individuos coloniales, se amotinan unos encima de otros, que presentan la peculiaridad de que los juveniles son todos machos y al llegar la madurez sexual pierden la condición  masculinas y entran en una etapa de sexo indiferenciado y a partir de este momento van a adquirir el sexo opuesto al del individuo sobre el que están fijados para facilitar la reproducción sexual.

Los factores sociales también pueden modificar el sexo genético como en el caso de algunos peces tropicales, entre ellos el pez payaso o más conocido como NEMO (que daño hacen este tipo de dibujos…). En el caso de estos peces siempre hay uno que actúa como jefe del grupo, siempre el individuo más grande de todos. Cuando el individuo dominante debe ser sustituido por otro, el “heredero”, la primera pauta es que sea el siguiente individuo más grande, y la segunda que sea macho, en el caso de que el individuo más grande después del dominante sea una hembra esta se convertirá en macho. En este caso la ausencia de jefe provocara la secreción de hormonas hipotalámicas que darán lugar a cambios en las gónadas produciéndose la diferenciación sexual.

Otro ejemplo de determinación del sexo archiconocido es el de algunos grupos de reptiles, cocodrilianos, quelónidos y algunos lacértidos, en que los cromosomas sexuales se expresan según los rangos de temperatura en machos o hembras pudiendo ser controlada la proporción de sexos durante la puesta según la profundidad a la que se entierren los huevos.

Eso sí, aunque sean calificados de epigenéticos no debemos olvidar que en última instancia la determinación del sexo es genética, aunque el factor determinante, sea por ejemplo la temperatura, ésta marcará la pauta, pero según sea una u otra se traducirán unos genes u otros.

Modelo termodinámico del desarrollo temprano

En una entrada de hace unos meses os expliqué la importancia de las proteínas de reconocimiento en el proceso del desplazamiento celular durante la gastrulación para la formación de las tres hojas embrionarias.

Como se pudo ver en esa entrada al final de la gastrulación poblaciones de células distintas quedaban en disposiciones distintas, unas en la parte externa como el ectodermo, otras en la parte interna, como el endodermo…ya explicamos el mecanismo por el cuál las células llegaban a ocupar esas posiciones, pero ¿por qué?¿Por qué no nos encontramos con células ectodérmicas y endodérmicas alternadas?

El modelo que trata de explicar este fenómeno se conoce como el modelo termodinámico del desarrollo temprano que se basa en la ordenación y disposición de las células según su fuerza de unión entre ella:

1.- Distribución selectiva: en donde una población de células “a” queda dentro de otra población de células externas “b”. Este fenómeno ocurre cuando la fuerza de unión homotípica entre las células de la población “a” es mucho más fuerte que la de las células “b”, quedando las de mayor fuerza de unión en la parte más interna.

2.- Distribución al azar: se da cuando la fuerza de unión heterotípica (a – b) es mayor o igual que cualquiera de las uniones homotípicas, como es el caso de las células mesodérmicas.

3.-Distribución en poblaciones separadas; se da cuando las fuerzas de unión homotípicas de las poblaciones “a” y “b” son iguales entre sí y muy superiores a las uniones heterotípicas como ocurre con la ectoderma y la endoderma.

Nuestros tejidos forman un gran equipo

Inmerso en el estudio de la biología del desarrollo leo cosas que realmente son muy curiosas como es el caso de las inducciones entre tejidos.

Todo organismo complejo alcanza su elevado grado de ordenación anatómica e histológica a partir de tan sólo tres hojas embrionarias. Pero. ¿cómo la ectodermis puede derivar a la vez en un pelo? ¿o en una glándula mamaria? ¿o en una glándula sudorípara?

El secreto está en las inducciones entre diferentes hojas embrionarias. En el caso de los derivados ectodérmicos la inducción se realiza a partir de la mesodermis situada directamente por debajo. La mesodermis, ya sea mediante interacciones celulares o bien mediante compuestos químicos, inducen a las células de la epidermis a un cambio en el patrón de las expresión génica que provoca los cambios necesarios para dar lugar a las estructuras derivadas. Se han realizado diversas experiencias que demuestran la inducción de la mesodermis a la ectodermis. Un ejemplo es el de la epidermis del pollo. Si implantamos por debajo de la epidermis mesodermis de la región del ala el derivado epidérmico que se va a formar son plumas de vuelo. Si en lugar de mesodermis de la región del ala implantamos mesodermis de la región del muslo se desarrollan plumas propias de esta región. I finalmente si implantamos mesodermis de la región de la pata por debajo de la epidermis se desarrollan escamas y uñas. ¿Curioso no?