Ya en el siglo XIX, el biólogo celular y evolucionista alemán August Weismann había postulado que los organismos multicelulares morían debido a su incapacidad para mantenerse a partir de divisiones celulares indefinidas. Este hecho lo ponía en relación con el mantenimiento de las células de la línea germinal, que perduran de generación en generación a lo largo de la vida de una especie, y que por tanto son, esencialmente, inmortales.
August Weismann
Las células germinales son las que dan origen al esperma y a los óvulos y son inmortales en el sentido de que, tras la fertilización, son capaces de dar lugar a todo un organismo maduro completo compuesto de células mortales (conocidas como células somáticas en contraste con la denominación de células germinales) y a más células germinales que retendrán la capacidad de volver a generar de nuevo todo un organismo completo. August Weismann a finales del siglo XIX propuso su teoría de que sólo las células que formaban parte de esta línea germinal poseían la capacidad de transmitir la información hereditaria que se pasa de generación en generación y que, por tanto, no existe ninguna característica aprendida o adquirida por las células somáticas de un organismo que pueda ser transmitida a las siguientes generaciones, algo que se conoce como “barrera de Weismann”.
La idea implícita en los trabajos de Weismann de que las células somáticas no poseen una capacidad de división continua que permita mantener a los organismos de manera indefinida, sólo pudo ser examinada y corroborada por Len Hayflick en los años 60 del siglo XX (ver entrada anterior de este blog), y no sin resistencia.
La biología celular, el estudio encargado de las propiedades, funciones y componentes de la célula, adquirió su mayor auge en la primera mitad del siglo pasado cuando se desarrollaron los métodos de obtención de células a partir de tejidos, los medios de cultivo y las técnicas básicas que permiten crecer las células en placas especiales. A principios de los años 60, Leonard “Len” Hayflick, del Instituto Wistar de Filadelfia en los EEUU, se propuso aislar y cultivar un tipo concreto de células humanas, los fibroblastos. Su obtención a partir de distintos tejidos de fetos abortados humanos resultó sencilla y su adaptación al medio y a las placas de cultivo resultaba óptima, pero cuando analizó en detalle la capacidad de crecimiento de estas células tras sucesivos pases seriados, se encontró con que, sin excepción, las células comenzaban a sufrir una serie de cambios en su morfología, se agrandaban y aplanaban, y cesaban en su capacidad de dividirse en dos células hijas. Estos cambios se producían gradualmente en los cultivos según acumulaban divisiones, hasta que tras un número más o menos determinado de divisiones celulares, la monocapa de células estaba en su totalidad compuesta por este tipo de células que habían dejado de proliferar. Las células seguían siendo activas, eran capaces de desarrollar con normalidad aparente su metabolismo individual, pero por más factores de crecimiento que se añadiesen a las placas de cultivo las células se habían vuelto insensibles al estímulo proliferativo.
Teniendo en cuenta que el axioma de su época era que las células en cultivo eran inmortales y podían ser mantenidas dividiéndose felizmente por tiempo indefinido, Hayflick primero puso en duda sus observaciones, que achacó a algún error propio en la manipulación de sus cultivos. Por ello repitió meticulosamente sus análisis durante tres años con las distintas líneas celulares de fibroblastos humanos que preparó, observando siempre el mismo fenómeno, esto es, las células se adaptaban a las condiciones de cultivo y proliferaban felizmente hasta alcanzar un punto en el que, sin remedio, empezaban a acumularse células de distinto aspecto que cesaban en su división y llegaban a representar la totalidad de la placa de cultivo. Para descartar la posibilidad de que sus cultivos estuviesen sufriendo algún tipo de contaminación responsable de la pérdida de capacidad proliferativa, Hayflick ideó un experimento sencillo, pero definitivo. Creció algunos de sus fibroblastos obtenidos a partir de un feto masculino y una vez cercanos a su ya conocido límite proliferativo los mezcló en la misma placa con fibroblastos “frescos” procedentes de un feto femenino. Procedió al cultivo de esta población mixta hasta que el cultivo masculino que había mantenido separado aparte sin mezclar como cultivo control cesó por completo en su capacidad de división celular. Comprobó entonces cuál era el sexo de las células que mayoritariamente seguían proliferando en la placa con mezcla de células y encontró que la población celular era prácticamente en su totalidad femenina. Es decir, las células que se habían acercado a su “vejez” seguían manteniendo una memoria de su edad y dejaban de dividirse, independientemente de estar mezcladas o no con células jóvenes. Su explicación a semejante observación fue que las células, al igual que ocurre con los organismos completos de las que son extraídas, tienen una capacidad de proliferación limitada y una vez alcanzado un límite en el número de divisiones celulares “programado”, se paran y son incapaces de volver a dividirse. A esta capacidad limitada de proliferación en cultivo se la conoce como “límite de Hayflick” en honor del investigador que la identificó. Hayflick además postuló que debía existir una “substancia” imprescindible para la división celular que, con las sucesivas divisiones celulares, al ser repartida entre las células hijas, se diluía hasta alcanzar unos niveles incompatibles con la división celular. Alternativamente proponía que cada ronda de división celular generaba algún tipo de componente que se acumulaba en la células de manera que dado un cierto número de divisiones se alcanzaría un nivel de ese componente que imposibilitaría de nuevo la división celular. De alguna manera, como veremos, ambas teorías son ciertas y suponían la existencia de lo que se dio en llamar “reloj celular”, capaz de contar el número de divisiones celulares que una determinada célula ha experimentado a lo largo de su vida y que dispararía la señal necesaria para poner en marcha un mecanismo de freno en la maquinaria de división celular.
cultivo celular seriado hasta alcanzar el límite de Hayflick
Los cultivos celulares pueden almacenarse preparando viales con pequeñas cantidades de células concentradas en un medio de congelación especial que se depositan en el interior de tanques de nitrógeno líquido (a unos -180°C). De esta manera se puede recuperar de nuevo un cultivo antiguo y volver a crecerlo. Tras la primera descripción de Hayflick en el año 1961 del proceso de senescencia celular, sus cultivos de fibroblastos fueron congelados anotando cuidadosamente la fecha y el número de divisiones que habían sufrido en cultivo. Tres años más tarde, cuando algunos de estos cultivos fueron descongelados y vueltos a poner en placas, las células fueron capaces de dividirse el número de veces correspondiente hasta alcanzar su límite proliferativo, demostrando de nuevo la validez del concepto de edad celular basado en el número de divisiones. Pero es que recientemente, en el año 2006, algunos de esos mismo viales volvieron a ser descongelados, y las células que habían permanecido 45 años sufriendo el letargo helado del tanque de nitrógeno, proliferaron de nuevo el mismo número de divisiones hasta alcanzar su límite, tal como lo habían hecho más de cuatro décadas atrás. El artículo original de Hayflick y Moorhead del año 1961 en Experimental Cell Research se puede descargar aquí.
Una de las primeras preguntas que surgió tras la descripción del fenómeno de senescencia celular es, ¿cuál es el papel que tiene este límite proliferativo de las células? ¿Tiene alguna relación con el envejecimiento del organismo? Pero surge además otra cuestión que intrigó a los científicos de inmediato, ¿qué es lo que les dice a las células que deben parar de dividirse? Como veremos más adelante, existen diversos mecanismos moleculares que se han propuesto como capaces de contar el número de divisiones y de disparar la maquinaria necesaria para parar el proceso de división celular de manera irreversible.
Fuente de la Eterna Juventud 