cultivo celular – Fuente de la Eterna Juventud

Describíamos en una entrada anterior, dedicada a las causas moleculares del envejecimiento, que en los años 60 Len Hayflick describió el proceso de senescencia celular; aquel por el cual todas las células somáticas de un organismo, cuando son puestas en cultivo proliferan de manera normal hasta experimentar una serie de cambios morfológicos que acompañan la parada irreversible en su capacidad de dividirse. Estas observaciones fueron pioneras y marcaron el inicio de un campo de estudio en la capacidad proliferativa limitada de las células. Pero su descripción resultó complicada. Cuando Hayflick redactó sus observaciones y mandó sus resultados a publicar a la revista Journal of Experimental Medicine, la contestación negativa que recibió vino acompañada de un comentario «nada agradable» por parte del editor encargado de examinar su trabajo, Peyton Rous, posteriormente galardonado con el premio Nobel en el año 1966 por sus pioneras observaciones sobre la transmisión de ciertos tipos de cáncer y las infecciones virales. Según Rous, el único motivo por el cual las células que Hayflick había extraído de humanos, puesto en cultivo e intentado expandir, habían cesado en su proliferación era por su incapacidad e ineptitud para cultivar células, puesto que todas las células puestas en cultivo, son esencialmente inmortales.

“El mayor hecho derivado de la investigación en cultivos celulares de los últimos 50 años es que las células, capaces de manera innata de multiplicarse, lo harán indefinidamente si se les suministra el medio adecuado para ello” Peyton Rous

Y ahí está el quid de la cuestión. Desde que Ross Harrison en el año 1907 iniciase la época del cultivo de células animales, los pioneros de esta novedosa tecnología habían tenido que desarrollar medios nutritivos en los que mantener las células y ser especialmente cuidadosos con las contaminaciones (por aquel entonces aún no se conocían los antibióticos).

Pero los primeros éxitos, como los del cirujano francés afincado en Nueva York y ganador del premio Nobel, Alexis Carrel, que consiguió establecer cultivos de células de embrión de pollo que se mantuvieron vivos durante 34 años (dos años más de los que vivió el mismo Carrel) y en especial el cultivo de la línea de células tumorales HeLa por George Gey en 1952, parecían indicar que las células extraídas de los tejidos eran esencialmente inmortales y podían ser propagadas y mantenidas indefinidamente en cultivo. Estas observaciones llevaron a la aceptación generalizada de la idea de que las células individuales del organismo son inmortales, mientras que el organismo en si es mortal. De este hecho se derivaba la hipótesis de que el envejecimiento era un fenómeno del organismo multicelular completo y no un fenómeno individual celular.

Sin embargo, posteriormente se pudo demostrar que los cultivos de Alexis Carrel no eran “reproducibles” y que para el resto de líneas celulares conocidas por aquellas fechas, las células habían perdido esta barrera o límite proliferativo y por ello, se dividían indefinidamente. Las células HeLa, que mencionábamos antes, fueron establecidas por George Gey a partir de una biopsia del cuello uterino de una paciente (sin su consentimiento, por cierto) llamada Henrietta Lacks (de ahí el nombre de la línea, Henrietta Lacks) y que posteriormente falleció de cáncer de cuello de útero. Gey observó que estas células se establecían y propagaban en cultivo sensacionalmente, lo cual permitía tener un sistema celular con el que desarrollar todo tipo de experimentos en el laboratorio. Las células HeLa tuvieron tanto éxito que hoy en día podemos afirmar sin temor a exagerar que todo laboratorio que trabaje con células humanas ha usado en algún momento, si no usa rutinariamente, esta línea celular. De hecho, se ha podido observar que una de las mayores contaminaciones en las líneas celulares que se distribuyen de laboratorio a laboratorio en el mundo, proviene de células HeLa creciendo como “invasoras” en tus cultivos celulares. Alguien calculó una vez que la expansión de células HeLa a lo largo de los años ha llegado a generar un volumen tal de células que equivaldría a 100 veces el Empire State Building de Nueva York (personalmente me parece un cálculo «arriesgado»).

Por el contrario, las líneas de fibroblastos aisladas por Hayflick procedían de fetos sanos y, por tanto, sus células son consideradas normales, diploides (mantienen su juego de cromosomas materno y paterno intacto sin duplicaciones ni pérdidas) y primarias, es decir, no han sufrido ningún tipo de alteración genética. Las células, así, son siempre “mortales” en contraposición a las células tumorales, que son aneuploides o poliploides (con pérdidas o ganancias cromosómicas o con múltiples juegos de cromosomas) y transformadas. Las células tumorales son esencialmente “inmortales«.

La fascinante historia de las células HeLa se puede conocer en mayor detalle leyendo el sensacional libro de Rebecca Skloot «The immortal life of Henrietta Lacks« que fue publicado (en inglés) recientemente y es todo un éxito de ventas.

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.