REGENERACIÓN

Definiciones» La regeneración se refiere al crecimiento de células

y tejidos para reemplazar estructuras perdidas, como el crecimiento de una extremidad amputada en los anfibios1. En los mamíferos, es raro que se regeneren órganos completos y tejidos complejos después de la curación, y el término se emplea generalmente para el crecimiento del hígado y el riñón después de una hepatectomía parcial o una nefrectomía unilateral, respectivamente. Estos procesos consisten en un crecimiento compensador más que en una verdadera regeneración, En cualquier caso, el término regeneración está bien establecido. Los tejidos con una capacidad proliferativa elevada, como el sistema hematopoyético y el epitelio de la piel y del tracto gastrointestinal, se renuevan continuamente y pueden regenerarse después de una lesión, siempre y cuando las células madre de estos tejidos no se destruyan.

■ La curación es generalmente una respuesta tisular (1) frente a una herida (generalmente en la piel), (2) frente a procesos inflamatorios en órganos internos o (3) frente a necrosis celular en órganos incapaces de regeneración. También deberían incluirse situaciones como la aterosclerosis, considerada un intento de curación de un daño de la pared arterial.

La curación consiste en proporciones variables de dos pro-cesos distintos: la regeneración y el depósito de tejido fibroso, o formación de cicatriz. Las heridas superficiales, como las cutáneas que tan sólo dañan al

epitelio, pueden curarse por regeneración epitelial. Las heridas cutáneas por incisión y escisión que dañan a la dermis se curan a través de la formación de cicatrices de colágeno.

La cicatrización también se produce en el miocardio después del infarto, ya que el tejido original no se reconstituye y es reemplazado por colágeno. Los trastornos inflamatorios de la pleura, el peritoneo y el pericardio

con frecuencia curan a través de la formación de cicatriz, creando adherencias entre las capas viscerales y parietales de estos tejidos. El desarrollo de una cicatriz fibrosa densa en el pericardio puede provocar la enfermedad denominada pericarditis constrictiva. El daño crónico persistente y la inflamación también pueden producir cicatrización de órganos internos, como ocurre en las úlceras gástricas provocadas por la infección crónica por Helicobacter pylori. También en la cirrosis hepática y algunas formas de enfermedades pulmonares producidas por carbón y/o sílice se produce una fibrosis extensa. En los órganos parenquimatosos, el reemplazo de infiltrados inflamatorios por tejido de granulación y, finalmente, fibrosis se denomina organización.

La regeneración requiere un andamio de tejido conectivo intacto. Por el contrario, la curación con formación de cicatriz se produce cuando la trama de matriz extracelular (MEC) se encuentra dañada provocando alteraciones en la arquitectura tisular. Un ejemplo que ilustran claramente este punto es la diferencia de evolución en el daño hepático después de una única dosis alta de un químico tóxico como el tetracloruro de carbono o la aplicación de pequeñas dosis múltiples de esta sustancia el daño agudo provocado por una dosis alta de la sustancia química destruye a más del 50% de los hepatocitos; sin embargo, se sigue de una regeneración completa, dado que no lesiona el andamiaje de las fibras reticulares que consti-tuyen la trama de los lóbulos hepáticos. Por el contrario, las aplicaciones múltiples de sustancias químicas a pequeñas dosis alteran los componentes de la MEC y la reparación consiste en fibrosis. El andamiaje de la MEC es esencial para la curación de las heridas dado que aporta la trama para la migración celular y mantenimiento de la polaridad celular correcta para el ensamblaje de las estructuras estratificadas. Además, las células en la MEC (fibroblastos, macrófagos y otros tipos celulares) son la

fuente de agentes que son indispensables para la reparación tisular.

Control de la proliferación celular normal y del crecimiento tisular

En los tejidos adultos, el tamaño de las poblaciones celulares viene determinado por las tasas de proliferación celular, diferenciación y muerte indicando que el incremento del número de células puede deberse o bien a un aumento de la proliferación o a un descenso de la muerte celular. La apoptosis es un proceso fisiológico requerido para la homeostasia tisular pero también puede inducirse por una diversidad de estímulos patológicos. El impacto de la diferenciación depende de la circunstancia en la que ocurra. Se considera que los miocitos y las neuronas son células con diferenciación terminal, es decir, que se encuentran en un estadio final de diferenciación y que no son capaces de replicarse. En algunos tejidos adultos, como el hígado y el riñon, las células diferenciadas se encuentran normalmente quiescentes pero son: capaces de proliferar cuando se precisa.

En los tejidos proliferativos, como la médula ósea y el epitelio estratificado de la piel y del intestino, las células maduras se encuentran terminalmente diferenciadas, son de vida corta e incapaces de replicarse, pero pueden ser reemplazadas por células nuevas procedentes de las células madre. Por lo tanto en estos tejidos existe un equilibrio homeostático entre la proliferación de las células madre, su diferenciación y la muerte de células madura (diferenciadas)

La proliferación celular puede ser estimulada por procesos fisiológicos y patológicos. La proliferación {endometriales bajo la estimulación estrogénica durante el ciclo menstrual y la replicación de células tiroideas mediada por la hormona estimulante del tiroides, que

aumenta el tamaño de la glándula durante el embarazo, son ejemplos de proliferación fisiológica.

Muchas situaciones patológicas como el daño, la muerte celular y las alteraciones mecánicas de los tejidos también estimulan la proliferación celular. Los estímulos fisiológicos pueden convertirse en excesivos, creando situaciones patológicas como la hiperplasia nodular prostática provocada por una estimulación de dihidrotestosterona y el desarrollo de un bocio nodular en el tiroides como consecuencia del aumento sérico de los niveles de hormona estimulante del tiroides. La proliferación celular está controlada, en gran medida, por señales (solubles o dependientes del contacto) procedentes del microambiente que pueden estimular o inhibir la proliferación. Un exceso de factores estimuladores o una deficiencia de factores inhibidores produce un crecimiento neto y, en el caso del cáncer, un crecimiento incontrolado. A pesar de que el crecimiento acelerado puede conseguirse por acortamiento del ciclo celular, el mecanismo más importante en el crecimiento es la conversión de las células en reposo quiescentes en células proliferativas al entrar la célula en el ciclo celular. Tanto el reclutamiento de células quiescentes hacia el ciclo como la progresión del mismo requieren señales estimuladoras para superar la inhibición fisiológica de la proliferación celular.

ACTIVIDAD PROLIFERATIVA TISULAR

El ciclo celular consta de las fases G1 (presintética), S (síntesis de DNA), G2 (premitótica) y M (mitótica).

Las células quiescentes se encuentran en un estado fisiológico denominado Go Los tejidos pueden estar compuestos principalmente por células quiescentes en G0, pero la mayoría de los tejidos maduros contienen cierta combinación de células en constante división, célula terminalmente diferenciadas, células madre y células quies-centes que, de forma ocasional, entran en el ciclo celular. Las células madre poseen unas propiedades especiales que se describirán más adelante. Los tejidos del cuerpo se dividen en tres grupos en función de su actividad proliferativa:

En los tejidos en división continua (denominados tejidos lábiles), las células proliferan a lo largo de toda la vida, reemplazando a las destruidas. Estos tejidos incluyen epitelios de superficie como el epitelio pavimentoso estratificado de la piel, la cavidad oral, la vagina y el cuello uterino; la capa mucosa de todos los conductos excretores de las glándulas del cuerpo (p. ej., glándulas salivales, páncreas, tracto biliar); el epitelio columnar del tracto gastrointestinal y del útero; el epitelio transicional del tracto urinario, y las células de la médula ósea y de los tejidos hematopoyéticos. En la mayoría de estos tejidos, las células maduras derivan de las células madre que tienen una capacidad ilimitada de proliferar y cuya progenie puede seguir diferentes caminos de diferenciación.

Los tejidos quiescentes (o estables) normalmente tienen un nivel bajo de replicación; sin embargo, las células de estos tejidos pueden sufrir una división rápida en respuesta a estímulos y, por lo tanto, son capaces de reconstruir el tejido de origen. Se consideran células en estadio Go pero que pueden ser estimuladas para entrar en G1. En esta categoría se encuentran las células parenquimatosas del hígado, los riñones y el páncreas; las células mesenquimales, como los fibroblastos y el músculo liso; las células endoteliales vasculares, y los linfocitos y otros leucocitos en reposo. El mejor ejemplo de la capacidad regenerativa de las células estables se encuentra

en la capacidad del hígado para regenerarse después de una hepatectomía parcial y tras una lesión química aguda. Los fibroblastos, las células endoteliales, las células del músculo liso, los condrocitos y los osteocitos se encuentran quiescentes en los mamíferos adultos pero proliferan en respuesta a una lesión. En concreto, los fibroblastos proliferan mucho, constituyendo la respuesta del tejido conectivo frente a la inflamación.

» Los tejidos sin división (permanentes) contienen células que han abandonado el ciclo celular y no pueden seguir una división mitótica en la vida pos natal. A este grupo pertenecen las neuronas y las células del músculo esquelético y cardíaco. Si las neuronas del sistema nervioso central se destruyen, generalmente el tejido es reemplazado por una proliferación de elementos de soporte del sistema nervioso central como las células gliales. Sin embargo, resultados recientes demuestran que la neurogénesis a partir de células madre puede producirse en cerebros adultos. A pesar de que las células del músculo esquelético maduro no se dividen, el músculo esquelético tiene cierta capacidad regenerativa a través de la diferenciación de células satélite que se encuentran unidas a las vainas del endomisio. Si los bordes de las fibras musculares dañadas se yuxtaponen de forma estrecha, la regeneración muscular en mamíferos puede ser excelente, pero esta situación rara vez se consigue en condiciones prácticas. El músculo cardíaco tiene muy poca, si alguna, capacidad regenerativa, y una lesión grande del mismo como ocurre en el infarto de miocardio, se sigue de la formación de cicatriz.

CÉLULAS MADRELa investigación sobre las células madre es uno de los

temas más interesantes de la investigación biomédica actual y se encuentra en el centro de un nuevo campo denominado medicina regenerativa. El entusiasmo sobre la investigación de las células madre deriva tanto de datos que ponen en

duda conceptos biológicos bien establecidos, como de la esperanza de que las células madre puedan utilizarse algún día en la reparación del daño en tejidos humanos, incluyendo el corazón, el cerebro y el músculo esquelético.

Las células madre se caracterizan por su prolongada capacidad de autorrenovación y por su replicación asimétrica. La replicación asimétrica describe una propiedad especial de las células madre; esto es, en cada división celular una de las células mantiene su capacidad de autorrenovación mientras que la otra entra en una vía de diferenciación y se convierte en una población madura que no se divide11. Sin embargo, este concepto se ha modificado para postular que la asimetría existe en toda una población de células madre más que en cada ciclo de división celular. Por lo tanto, dentro de un grupo de células madre, algunas se replican y otras se diferencian. Las células madre fueron identificadas, por primera vez, como células pluripotenciales en embriones, y se denominaron células madre embrionarias. Hoy está claro que las células madre también están presentes en diversos tejidos de animales adultos y contribuyen al mantenimiento de la homeostasia tisular.

En los últimos años se han dedicado muchos esfuerzos a aislar y a realizar una caracterización fenotípica de las células madre. A pesar de que el desarrollo de marcadores específicos para reconocerlas es un reto constante, una serie de observaciones nuevas ha revolucionado y potenciado la investigación sobre células madre. Entre ellas se encuentran: (1) la identificación de células madre y sus nichos en diversos tejidos, incluyendo el cerebro que se había considerado siempre un órgano quiescente permanente; (2) el reconocimiento de las células madre de diversos tejidos, y en particular en la médula ósea, pueden tener una amplia plasticidad de desarrollo, y (3) el hallazgo de que algunas células madre presentes en tejidos humanos y de ratones pueden ser similares a las células madre embrionarias.

Comenzamos nuestra exposición con un breve repaso de las células madre embrionarias y, posteriormente, hablamos de células madre adultas y su papel en la regeneración y la reparación.

Células madre embrionarias (CME)Los embriones contienen CME pluripotenciales.

Estas células pueden aislarse a partir de blastocistos normales, las estructuras formadas a partir del estadio de 32 células durante el desarrollo embrionario. Las CME pueden mantenerse en cultivo como líneas celulares indiferenciadas o ser inducidas para diferenciarse en diferentes linajes. La pluripotencialidad de las CME puede estar relacionada con la expresión de factores de transcripción únicos en estas células, como una proteína de homeosecuencia recientemente descrita denominada Nanog (en honor de Tir na n'Og, la tierra céltica de la juventud eterna). Estudios recientes también han implicado a la señal de la Wnt- -catenina en el mantenimiento de la pluripotencialidad.

Las CME han tenido un impacto enorme en biología y medicina:

■ Las CME se han utilizado para estudiar las señales específicas y los pasos de diferenciación necesarios para el desarrollo de diversos tejidos.

■ Han hecho posible la producción de ratones defectivos (knock-out). Para producir estos ratones, un gen específico es inactivado o eliminado de las CME en cultivo. Estas células se inyectan en blastocistos que, a su vez, son implantados en el útero de una madre sustituta. Los blastocistos implantados, genéticamente modificados, se desarrollan hasta embriones completos, siempre y cuando el defecto génico no provoque una letalidad embrionaria. Las técnicas para la manipulación genética en las CME se han expandido con vistas a producir deficiencias génicas que sean específicas de un tejido aislado y «deficiencias génicas condicionales», es decir, deficiencias génicas que

puedan activarse o desactivarse en animales adultos. Los ratones defectivos están siendo ampliamente utilizados como modelos para el estudio experimental de enfermedades humanas, y aportan información esencial sobre la función génica in vivo.

■ En el futuro, las CME podrían utilizarse para repoblar órganos dañados, como el hígado, después de una necrosis hepatocitaria y el miocardio tras el infarto. La generación de unos tipos específicos de células a partir de cultivos de CME ya se ha conseguido. Se han implantado células pancreáticas productoras de insulina y células nerviosas producidas en estos cultivos, respectivamente, en animales diabéticos y en ratones con defectos neurológicos. Aunque sigue sin conocerse la eficacia de estos procedimientos en las enfermedades humanas, existe un importante debate sobre los aspectos éticos asociados con este tipo de tratamientos, que se conocen como clonación terapéutica..

Células madre adultas Se ha observado que muchos tejidos de animales adultos contienen reservas de células madre que se denominan células madre adulta. En comparación con las CME, que son pluripotenciales, las células madre adultas tienen una capacidad de diferenciación más restringida y generalmente, son específicas de un linaje. Sin embargo, la investigación en células madre puede haber completado el círculo, dado que parecen existir células madre con un amplio potencial de diferenciación en la médula ósea adulta y, quizá también, en otros tejidos. Generalmente, a las células madre localizadas fuera de la médula ósea se las denomina cédulas madre titulares.

Las células madre se localizan en lugares denominados nichos que son diferentes entre los distintos tejidos. Por ejemplo, en el tracto gastrointestinal se localizan en el mismo de la glándulas gástricas y en la base de las criptas del colon (cada cipta colónica es el producto

clonal de una célula madre aislada). Se han identificado nichos en otros tejidos como el área del bulbo de los folículos pilosos y el limbo corneal. Primero hablamos de las células madre de la médula ósea y, posteriormente, de las células madre localizadas en otros tejidos (células madre tisulares). Por la fácil accesibilidad de la médula ósea y la necesidad de reemplazar células hematopoyéticas en muchas situaciones clínicas, ha existido un gran interés en el estudio de las células madre de la médula ósea, Hoy día se sabe que la médula ósea contiene células madre hematopoyéticas (CMH), así como células estromales capaces de diferenciarse en diversos linajes. Las CMH pueden generar todas las células sanguíneas y reconstituir la médula ósea después de una depleción provocada por enfermedad o irradiación2"'23. Las CMH pueden obtenerse a partir de la médula ósea, de la sangre del cordón umbilical y de la sangre circulante en individuos a quienes se administran atocinas, como el factor estimulador de colonias de granulocitos-macrófagos, que moviliza las CMH. Las células estromales de la médula ósea, dependiendo del entorno tisular, pueden generar condrocitos, osteoblastos, adípocitos, mioblastos y precursores de células endoteliales. Una observación interesante sobre las CMH es que pueden ser capaces de producir neuronas, hepatocitos y otros tipos celulares. Las células adultas de la médula ósea inyectadas en ratones pueden contribuir, en proporciones variables, a la repoblación hepatocitaria de hígados dañados y a la producción de células musculares en músculos dañados. Cuando se inyectan en el corazón, una pequeña proporción de estas células adquieren el fenotipo de mioblastos cardíacos. Además, existe cierta evidencia de que un pequeño número de hepatocitos en los hígados trasplantados y de miocitos cardíacos en los corazones trasplantados26 puede proceder de células de la médula ósea del receptor. El lecho vascular de estos trasplantes contiene una amplia proporción de células endoteliales generadas a partir de células estromales de la médula ósea

del receptor. Estos resultados ponen en duda los conoci-mientos aceptados de que las células de organismos adultos, incluyendo las células madre, están limitadas a la generación de linajes restringidos y sugieren, por el contrario, que los programas de diferenciación de las células madre no son fijos.

Un cambio en la diferenciación de la célula madre de un tipo a otro se denomina transdiferenciación y la multiplicidad de las opciones de diferenciación de las células madre se denomina plasticidad de desarrollo''1. Estudios más recientes han planteado nuevas cuestiones sobre la plasticidad de las CMH. En algunas situaciones, las CMH trasplantadas se fusionan con las células del huésped y les transfieren material genético, dando una falsa apariencia de haberse transdiferenciado con la generación de nuevas células en el huésped. La contribución relativa de una verdadera transdiferenciación o de una fusión celular en el desarrollo de diversos tipos de células maduras procedentes de las CMH no está clara en el momento actual. Además, a pesar de que las CMH pueden ser capaces de reemplazar células en tejidos dañados, no parecen desempeñar un papel en el mantenimiento de estos tejidos en condiciones fisiológicas (estado de reposo). Quizá, la generación de células tisulares procedentes de las CMH se produzca únicamente en lugares de lesión, donde la respuesta a la misma recluta células madre procedentes de la médula ósea para la repoblación tisular local. También es posible que la principal contribución de las células derivadas de la médula ósea en la reparación de tejidos no hematopoyéticos no sea la generación de células para estos tejidos. Más bien, las células madre podrían producir factores de crecimiento y citocinas que actuasen sobre las células del tejido al que han migrado, promoviendo la reparación del daño y la replicación celular.

La médula ósea adulta también posee una población hete rogénea de células madre que parecen tener unas capacidades de desarrollo muy amplias31. Estas células, denominadas células progenitoras adultas multipotenciales o CPAM, se han aislado a partir de la médula ósea posnatal de humanos y roedores. Proliferan en los cultivos sin senescencia, y pueden diferenciarse hacia tipos celulares mesodérmicos, endodérmicos y neuroectodérmicos. Es interesante el que las CPAM no se limitan a la médula ósea. Se han aislado en el músculo, el cerebro y la piel y, al igual que las CPAM de la médula ósea, pueden diferenciarse hacia endotelio, neuronas, hepatocitos y otros tipos celulares. Las CPAM aisladas a partir de la médula ósea, del músculo y del cerebro tienen perfiles de expresión génica similares, lo que sugiere que pueden tener un origen común. Se ha propuesto que las CPAM constituyen una población de células madre derivadas a partir de o estrechamente relacionadas con las CME (es decir, pueden ser los equivalentes adultos de las CME). Si esta hipótesis es correcta, lo que se ha denominado «transdiferenciación» y «plasticidad» de las células madre en tejidos adultos podría representar, de hecho, el proceso V diferenciación de células de tipo CME multipotentes hacia linajes específicos31. En efecto, las CPAM de la médula ósea del ratón, inyectadas en blastocistos, contribuyen a la diferenciación hacia todos los tipos celulares somáticos, lo que demuestra su pluripotencía. No se sabe si una célula madre adulta de la médula ósea es capaz de generar todos los linajes tisulares o si, por el contrario, existen múltiples tipos de células madre de médula ósea, cada una especializada en la diferenciación hacia un tejido específico o un grupo de tejidos relacionados.

Papel de las células madre en la homeostasis tisular

Además de las células de la médula ósea que migran hacia diversos tejidos dañados, las células madre adultas

residen de forma permanente en la mayoría de los órganos. Estas células (denominadas células madre tisulares) pueden generar las células maduras del órgano en el que residen. Sin embargo, su compromiso de diferenciación puede cambiar cuando son trasplantadas a otros tejidos. Más adelante detallamos brevemente el papel de las células madre en el hígado, cerebro, músculo y la regeneración del epitelio.

* Hígado. Después de muchos años de debate, hoy día se ha establecido que el hígado contiene células madre en los canales de Hering, la unión entre los sistemas ductales biliares y los hepatocitos dé parénquima. Las células localizadas en estos nichos pueden dar lugar a una población de precursores celulares conocidos como células ovales, que son progenitores bipotenciales capaces de diferenciarse hacia hepatocitos y hacia células biliares. A diferencia de las células madre en los tejidos proliferativos, las células madre hepáticas funcionan como compartimentos secundarios o de reserva, activados únicamente cuando la proliferación hepatocitaria se encuentra bloqueada. En los procesos de crecimiento hepático, como la regeneración hepática después de una hepatectomía parcial, y en el crecimiento hepático después de la mayoría de lesiones necrosantes agudas, los propios hopa tochos se replican de una forma rápida y el compartimiento de células madre no se activa. Por otro lado, la proliferación y diferenciación de las células ovales son importantes en los hígados de los pacientes que se recuperan de una insuficiencia hepática fulminante, en la carcinogenesis hepática y en algunos casos de hepatitis crónica y cirrosis hepática avanzada, situaciones en las cuales la proliferación hepatocitaria puede ser lenta o estar bloqueada.

* Cerebro, El cerebro es el prototipo de un tejido no proliferativo en mamíferos. Sin embargo, hoy se sabe que el dogma largamente establecido de que no se generan nuevas neuronas en el cerebro de mamíferos adultos normales es incorrecto, dado que en ciertas áreas del cerebro adulto se

produce neurogénesis. Las células madre neurales es (también denominadas células precursoras murales) se han identificado en dos áreas de los cerebros adultos de roedores: el bulbo olfatorio y el giro dentado del hipocampo. El filamento intermedio proteico nestina puede utilizarse como marcador para identificar estas células por métodos histoquímicos. En algunas especies de pájaros, en particular los canarios, en los cuales se describió por primera vez la neurogénesis en cerebros adultos, la neurogénesis del centro vocal es imprescindible para la capacidad de canto del pájaro. La pregunta es si, al igual que en los pájaros, las neuronas de nueva generación en los cerebros adultos de mamíferos son funcionales y en general, cuál puede ser el objetivo de la neurogénesis adulta. Hoy día existen pruebas de que recién descubiertas neuronas del hipocampo de mamíferos están funcionaimente integradas en los circuitos neuronales". Sin embargo, queda por demostrar si la neurogénesis en cerebros adultos aumenta «la potencia cerebral» o mejora la capacidad de cantar.

* Músculo esquelético y cardíaco. En contraste con los hepatocitos, los miocitos del músculo esquelético no se dividen, incluso tras una lesión. El crecimiento y la regeneración del músculo esquelético dañado se producen, por el contrario, por replicación de células satélite. Estas células, localizadas bajo la lámina basal de los miocitos, constituyen un grupo de reserva de células madre que pueden generar miocitos diferenciados después de una lesión. Colocadas en diferentes ambientes tisúlares, las células satélite pueden ser osteogénicas y adipogénicas. No se han encontrado células madre en el músculo cardíaco, aunque se ha propuesto que el corazón pueda contener células de tipo progenitor.

* Renovación del tejido epitelial. Los epitelios autorrenovables contienen células madre, unas células intermedias muy proliferativas que constituyen un compartimiento amplificador, y células en diferentes estadios de diferenciación. Las células terminalmente

diferenciadas no se dividen y existe una pérdida constante en la superficie externa del epitelio. Después de un daño, los epitelios autorrenovables se reconstituyen siguiendo tres estrategias no excluyentes entre sí: (1) aumento del número de células madre en división activa, (2) aumento del número de replicaciones celulares en el compartimiento amplificador, y (3) descenso del tiempo de ciclo celular para la replicación celular.

Matriz extracelular (MEC) e interneciones célula-matriz

En las secciones previas hemos examinado algunas de las características importantes de la señalización inducida por factores de crecimiento y la proliferación celular. Las células crecen, se mueven y se diferencian en íntimo contacto con las macromoléculas externas a la célula que constituyen la MEC. Existe una amplia evidencia de que la matriz influye de forma crítica en estas funciones celulares. En esta sección se exponen los aspectos de la estructura y función de la MEC que son más relevantes para la regeneración, curación y fibrosis.

La MEC se secreta localmente y se constituye en una red en los espacios que rodean las células. Constituye una proporción importante del volumen de cualquier tejido. La MEC tiene diversas funciones. Por ejemplo, las proteínas de matriz secuestran agua que aporta la turgencia a los tejidos blandos y minerales que proporcionan la rigidez a los tejidos esqueléticos. También funcionan como reservorios de factores de crecimiento que controlan la proliferación celular. La MEC es importante para las interacciones célula-célula, y aporta un sustrato para la adhesión, migración y proliferación de células, modulando directamente la forma y la función celulares. La síntesis y degradación de la MEC acompaña a la morfogénesis, la curación de heridas y los procesos fíbróticos crónicos, así como la invasión tumoral y metástasis.

Tres grupos de macromoléculas, en general asociadas físicamente, constituyen la MEC:

(1) proteínas estructurales fibrosas, como los colágenos y las elastinas;

(2) un grupo diverso de gluco-proteínas adhesivas, y (3) proteoglucanos y ácido hialurónico. Estas macromoléculas están presentes en las uniones intercelulares y en las superficies celulares» y pueden ensamblarse con dos organizaciones generales: matriz intersticial y membrana basal {MB), La matriz intersticial está presente en los espacios entre células epiteliales, endoteliales, células de músculo liso, y en el tejido conectivo. Se compone de colágeno fibrilar y no fibrilar, elastina, fibronectina, proteoglucanos, hialuronato y otros componentes. Las MB están producidas por células epiteliales y mesenquimales, y se encuentran estrechamente asociadas con la superficie celular. Constituyen una red de colágeno no fibrilar amorfo (mayoritariamente de tipo IV), laminina, heparán sulfato, proteoglucano y otras gíücoproíeínas.

COLÁGENOEl colágeno es la proteína más frecuente en el reino

animal, aportando el marco extracelular de todos los organismos multicelulares. Sin el colágeno el ser humano se reduciría a una masa de células interconectadas por unas pocas neuronas. Los colágenos se componen de una triple hélice de tres cadenas polipeptídicas α, poseyendo una secuencia repetida de gli-x-y. Hoy día se conocen 27 tipos diferentes de colágenos codificados por 41 genes dispersos en al menos 14 cromosomas. Los colágenos de tipo I, II, III, V y XI son los colágenos intersticiales o fibrilares, y los más abundantes. El colágeno de tipo IV no es fibrilar (forma láminas en lugar de fibrillas) y es el principal componente de la MB junto con la laminina. Otros colágenos pueden formar una trama y pueden funcionar como anclajes en

las uniones dermoepidérmicas, cartílago y pared de los vasos sanguíneos.

ANGIOGÉNESISLos vasos sanguíneos se organizan durante el

desarrollo embrionario por el proceso de vasculogénesis en el cual se establece una red vascular primitiva a partir de precursores celulares endoteliales denominados angióblastos. El proceso de formación de vasos sanguíneos en adultos se conoce como angiogénesis o neovascularización y, hasta recientemente, se pensaba que era dependiente de la ramificación y la extensión de los vasos sanguíneos adyacentes. Trabajos recientes han demostrado que la angiogénesis también ocurre por reclutamiento de células endoteliales progenitoras (CPE) a partir de la médula ósea. La angiogénesis es crítica en la inflamación crónica y la fíbrosis, el crecimiento tumoral y la vascularización de tejidos isquémicos. Por lo tanto, se han realizado grandes esfuerzos para comprender los mecanismos de la angiogénesis y explorar los efectos terapéuticos potenciales de los agentes proangiogénicos (que aumentan los vasos sanguíneos cuando se necesita) y antiangiogénicos (que bloquean la angiogénesis patológica).

Remodelación tisularEl reemplazo de tejido de granulación por una cicatriz

implica transiciones en la composición de la MEC. Algunos de los factores de crecimiento que estimulan la síntesis de colágeno y otras moléculas de tejido conectivo también modulan la síntesis y la activación de metaloproteinasas, enzimas que degradan estos componentes de la MEC. El equilibrio entre la síntesis de MEC y su degradación produce una remodelación de la trama del tejido conectivo -una característica importante tanto de la inflamación crónica como de la reparación de heridas.

Curación de heridas cutáneas

Hablaremos de la curación de las heridas de la piel para ilustrar los principios generales de reparación que se aplican a la mayoría de los tejidos. A pesar de que muchas lesiones cutáneas curan de forma eficiente, el producto final puede no funcionar de forma perfecta. Los anejos epidérmicos no se regeneran y permanece una cicatriz de tejido conectivo en lugar de la trama mecánicamente eficiente de colágeno de la dermis no lesionada. En heridas muy superficiales, el epitelio se reconstituye y puede formarse una pequeña cicatriz1 u. En gran contraste con la curación de heridas en adultos, las heridas cutáneas fetales curan sin formación de cicatriz, hasta la mitad de la edad gestacional en algunos animales. Estas heridas muestran poca inflamación y prácticamente ausencia de fibrosis.

curación de las heridas cutáneas se divide, generalmente, en tres fases: (1) inflamación (precoz y tardía); (2) formación de tejido de granulación y reepitelización, y (3) contracción de la herida, depósito de MEC y remodelado. Estas fases se superponen y su separación es bastante arbitraria. Sin embargo, ayudan a entender la secuencia de sucesos en la curación de heridas. Como ya se ha indicado, la curación de heridas es una respuesta fibroproliferativa que está mediada por factores de crecimiento y citocinas.

CURACIÓN POR PRIMERA INTENCIÓN (HERIDAS CON BORDES OPUESTOS) El ejemplo menos complicado de la reparación de una herida es la curación de una incisión quirúrgica limpia» no infectada, aproximada por suturas quirúrgicas. Esta curación se denomina unión primaria O curación por primera intención. La incisión produce muerte de un número limitado de células epiteliales y de tejido conectivo» así como una interrupción de la continuidad de la membrana basal epitelial. El estrecho espacio de incisión se rellena inmediatamente por un coágulo de sangre que contiene fibrina y células sanguíneas; la deshidratación de la

superficie del coágulo forma la bien conocida costra que cubre la herida. El proceso de curación sigue una serie de pasos secuenciales:

- En 24 horas, aparecen neutrófilos en los márgenes de la incisión, desplazándose hacia el coágulo de fibrina. En 24 a 48 horas, grupos de células epiteliales se desplazan a los bordes de la herida (con escasa proliferación celular) a lo largo de los márgenes de corte de la dermis, depositando componentes de membrana basal al desplazarse. Se funden en la línea media bajo la superficie de la costra, produciendo una capa epitelial fina pero continua que cierra la herida.

- Alrededor del día 3, los neutrófilos han sido reemplazados, en gran parte, por macrófagos. El tejido de granulación invado progresivamente el espacio de incisión. En este momento, están presente las fibras colágenas en los márgenes de la incisión, pero inicialmente están orientadas de forma vertical y no forman puentes en la incisión. La proliferación de células epiteliales ensancha la capa epidérmica.

- Alrededor del día 5, el espacio de corte está relleno por tejido de granulación. La neovascularización es máxima. Las fibras de colágeno se vuelven más abundantes y comienzan a formar puentes en la incisión. La epidermis recupera su espesor normal, y la diferenciación de las células de superficie da lugar a una arquitectura epidérmica madura con queratinización superficial.

- Durante la segunda semana, existe una acumulación continuada de colágeno y una proliferación de fibroblastos. El infiltrado leucocitario, el edema y el aumento de la vascularización han desaparecido en gran medida. En este momento, comienza el largo proceso de empalidecimiento, debido a una acumulación aumentada de colágeno en la cicatriz de la incisión, acompañado por una regresión de los canales vasculares.

- Alrededor del final del primer mes, la cicatriz está formada por un tejido conectivo celular carente de infiltrado inflamatorio, cubierto ahora por epidermis intacta. Los anejos dérmicos que han sido destruidos en la línea de la incisión se pierden de forma permanente. La fuerza a la tensión de la herida aumenta posteriormente, pero la zona de la herida tarda varios meses en obtener su resistencia máxima.

CURACIÓN POR SEGUNDA INTENCIÓN (HERIDAS CON BORDES SEPARADOS)

Cuando existe una pérdida de células y tejidos más extensa, como ocurre en las heridas superficiales que producen amplios defectos, el proceso reparador es más complicado. La regeneración de células parenquimatosas no puede restaurar de forma completa la arquitectura original y, por lo tanto, se forma abundante tejido de granulación en los márgenes para completar la reparación. Esta forma de curación se denomina unión secundaria o curación por segunda intención. La curación secundaria difiere de la primaria en diversos aspectos:

- De forma inevitable, los amplios defectos tisulares generan un gran coágulo de fibrina que rellena el defecto y mayor cantidad de residuos y exudado que deben ser eliminados. En consecuencia, la reacción inflamatoria es más intensa.

- Se forman mayores cantidades de tejido de granulación.

- Quizá, la característica que diferencia más claramente la curación primaria de la secundaría es el fenómeno de contracción de la herida, que ocurre en heridas superficiales grandes, Los grandes defectos en la piel de un ratón disminuyen, en aproximadamente 6 semanas, a un 5-10% de su tamaño original, en gran medida debido a la contracción. Los pasos iniciales de la contracción de la

herida implican la formación de una trama de fibroblastos que contiene actina en los bordes de la herida. La contracción permanente de la herida requiere la acción de los miofibroblastos, fibroblastos alterados que poseen las características ultraestructurales de células musculares lisas. La contracción de estas células en el lugar de la herida disminuye el espacio entre los bordes dérmicos de la misma.

RESISTENCIA DE LA HERIDA¿Cuánto tiempo tarda la herida cutánea en conseguir su

máxima resistencia» y qué sustancias contribuyen a esta resistencia? Cuando se retiran las suturas, generalmente al final de la primera semana» la resistencia de la herida es aproximadamente un 10% de la de la piel no dañada, pero ésta aumenta rápidamente en las siguientes 4 semanas. Este ritmo de aumento se reduce alrededor del tercer mes después de la incisión original, y alcanza una meseta en alrededor del 70-80% de la resistencia a la tensión de la piel no dañada, una situación que puede persistir toda la vida. La recuperación de la resistencia a la tensión se debe a un exceso de síntesis de colágeno sobre la degradación del mismo durante los primeros 2 meses de la curación y, más adelante, a las modificaciones estructurales de las fibras de colágeno (uniones cruzadas, incremento del tamaño de las fibras) después de que la síntesis del mismo cese.

FACTORES LOCALES Y SISTEMICOS QUE INFLUYEN EN LA CURACIÓN DE HERIDAS

Hemos hablado de las manifestaciones usuales de la reparación y revisado la curación ordenada de las heridas en personas sanas. La curación puede estar modificada por una serie de influencias conocidas y algunas desconocidas que, con frecuencia, alteran la calidad y la adecuación de

la inflamación y la reparación. Estas influencias son tanto factores sistémicos como locales del huésped. Los factores sistémicos son los siguientes:

- La nutrición tiene efectos importantes sobre la curación de las heridas. Por ejemplo, la deficiencia proteica y, en parte la deficiencia de vitamina C inhiben la síntesis de colágeno retrasan la curación.

- El estado metabólico puede cambiar la curación de la herida. Por ejemplo, la diabetes mellita se asocia con un retraso en la curación como consecuencia de la microangiopatía, que es una característica frecuente de esta enfermedad.

- La situación circulatoria puede modular la curación de la herida. Un riego sanguíneo inadecuado, provocado por la arteriosderosis o anomalías venosas (p. ej., venas varicosas) que retrasan el drenaje venoso, también altera la curación.

- Las hormonas, como los glucocorticoides, tienen efectos antiinflamatorios bien documentados que intervienen en diversos componentes de la inflamación. Estos agentes también inhiben la síntesis de colágeno.

Los factores locales que influyen en la curación son los siguientes:

- La infección es la causa aislada más importante de retraso en la curación debido a que produce una lesión tisular y una inflamación persistentes.

- Los factores mecánicos, como la movilización precoz de las heridas, pueden retrasar su curación, al comprimir los vasos sanguíneos y separar los bordes de la herida.

- Los cuerpos extraños, como las suturas innecesarias o los fragmentos de acero» vidrio o incluso hueso, constituyen impedimentos para la curación.

- El tamaño, la localización y el tipo de herida influyen en la curación. Las heridas en zonas muy vascularizadas, como la cara, curan más rápidamente que las

escasamente vascularizadas, como el pie. Como hemos mencionado, las pequeñas lesiones por incisión curan más rápido y con menos formación de cicatriz que las amplias heridas por escisión, o las heridas provocadas por un traumatismo contuso.

RESUMEN DE LA CURACIÓN DE LA HERIDA CUTÁNEA. La herida en curación, como prototipo de reparación

tisular, es un proceso dinámico y cambiante. La fase inicial es inflamatoria, seguida de la formación de un tejido de granulación con el subsiguiente remodelado tisular y cicatrización. Las heridas cutáneas simples, por incisión, curan por primera intención. Las heridas cutáneas grandes curan por segunda intención, generando una cantidad considerable de tejido cicatricial. Distintos mecanismos, que ocurren en momentos distintos, desencadenan la liberación de señales químicas que modulan la migración, proliferación y diferenciación ordenadas de las células, y la síntesis y degradación de las proteínas de la MEC. Estas proteínas, a su vez, afectan directamente a los eventos celulares y modulan la respuesta celular a los factores solubles de crecimiento. La magia que se esconde detrás de la orquestación precisa de estos eventos, en condiciones normales, se nos escapa. Casi con seguridad, reside en la regulación de mediadores específicos, solubles y anclados a las membranas y de sus receptores sobre células concretas, interacciones célula-matriz, y en el efecto de factores físicos, incluyendo fuerzas de remodelado de la MEC generadas por cambios en la morfología celular.

COMPLICACIONES EN LA CURACIÓN DE LA HERIDA CUTÁNEA

Pueden surgir complicaciones en la curación de las heridas por anomalías en cualquiera de los componentes básicos del proceso de reparación. Estas aberraciones pueden agruparse en tres categorías generales: (1)

formación deficiente de cicatriz, (2) formación excesiva de componentes de reparación, y (3) formación de contracturas.

La formación inadecuada de tejido de granulación o el ensamblaje de una cicatriz pueden provocar dos tipos de complicaciones: dehiscencia de la herida y ulceración. La dehiscencia de la herida es sobre todo frecuente después de la cirugía abdominal y se debe a un aumento de la presión abdominal. Este estrés mecánico de la herida abdominal puede estar producido por el vómito, la tos o el íleo. Las heridas pueden ulcerarse debido a una vascularización inadecuada durante el proceso de curación. Por ejemplo, las extremidades inferiores en individuos con enfermedad vascular periférica ateroselerótica típicamente se ulceran. También se produce la ausencia de curación de heridas en zonas desprovistas de sensibilidad. Estas úlceras neuropáticas se observan, en ocasiones, en pacientes con neuropatía diabética periférica.

La formación excesiva de los componentes del proceso de reparación también complica la curación de las heridas. Se pueden producir aberraciones del crecimiento incluso en heridas cuya curación inicial es normal La acumulación de cantidabdes excesivas de colágeno puede dar lugar a cicatrices sobreelevadas conocidas como cicatrices hipertróficas; si el tejido cicatncial crece más allá de los bordes de la herida original y no regresa, se denomina queloide. La formación de queloides parece ser una predisposición individual y, por razones desconocidas, esta aberración es bastante frecuente en los afroamericanos. Los mecanismos de la formación de queloides siguen siendo desconocidos. Otra desviación en la curación de heridas es la formación de cantidades excesivas de tejido de granulación, que sobresale por encima del nivel de la piel circundante y bloquea la reepitelización. Esto se ha denominado granulación exuberante (o un término más literario, carne prominente). La granulación excesiva puede eliminarse por cauterización o escisión quirúrgica para

permitir la restauración de la continuidad del epitelio. Finalmente (por fortuna raro), las cicatrices por incisión o las lesiones traumáticas pueden acompañarse de una proliferación exuberante de fibroblastos y otros elementos de tejido conectivo que, de hecho, pueden recurrir después de la escisión. Denominados desmoldes o fibromatosis agresivas, éstos están a caballo entre una proliferación benigna y tumores malignos (aunque de bajo grado). La línea de separación entre las hiperplasias benignas características de la reparación y la neoplasia suele ser muy fina.

La contracción en el tamaño de la herida es una parte importante del proceso normal de curación, Una exageración en este proceso se denomina contractura y provoca deformidades de la herida y del tejido circundante. Las contracturas se desarrollan sobre todo en las palmas, las plantas y la zona anterior del tórax. Las contracturas se observan con frecuencia después de quemaduras graves y pueden impedir el movimiento de las articulaciones. Una defectuosa contracción de las heridas se produce en ratones deficientes en estromelisina-1, lo que sugiere que la proteólisis por esta metaloproteinasa es necesaria para el ensamblaje de fibroblastos que contienen filamentos de actina, necesarios para la contracción de las heridas tempranas.

FIBROSISLos mecanismos subyacentes a la formación de la

cicatriz cutánea la proliferación celular, las interacciones célula-célula, las interacciones célula-matriz y el depósito de MEC son similares a los que ocurren en la fibrosis asociada con enfermedades inflamatorias crónicas como la artritis reumatoide, la fibrosis pulmonar y la cirrosis hepática. Sin embargo, en contraste con la curación ordenada de heridas, estas enfermedades se asocian con una persistencia del estímulo inicial para la fibrosis o el desarrollo de reacciones inmunológicas o

autoinmunitarias. En estas reacciones, las interacciones linfocito-monocito mantienen la síntesis y secreción de factores de crecimiento y citocinas fibrogénicas, enzimas proteolíticas y otras moléculas biológicamente activas. Por ejemplo, la degradación de colágeno por colagenasas que es importante en el proceso normal de remodelación de la herida, produce mucho la destrucción articular en la artritis reumatoide. En la cirrosis hepática provocada por alcoholismo crónico o infecciones por virus de la hepatitis B o C, las células estrelladas hepáticas se activan y producen colágeno. El depósito de colágeno en el parénquima hepático y los cambios en la estructura de los sinusoides provocada por el depósito de los componentes de la MEC alteran, en gran medida, la estructura y la función hepáticas provocando cirrosis. La fibrosis es característica de la enfermedad pulmonar intersticial crónica conocida como neumoconiosís, provocada por la inhalación de polvos minerales. En estos trastornos, que generalmente son la consecuencia de la inhalación de carbón, asbestos o sílice, los macrófagos desempeñan un papel importante en la fibrogénesis. Estas células se activan al fagocitar partículas de mineral y segregan citocinas y factores de crecimiento que favorecen la fibrosis. Una causa común de fibrosis orgánica es la radiación ionizante usada para el tratamiento del cáncer. Tras la radioterapia se puede producir una fibrosis tardía en los pulmones, tracto gastrointestinal, riñones y otros órganos. En la pancreatitis crónica, los episodios repetí dos de inflamación pancreática aguda producen una pérdida de las células acínares pancreáticas y un reemplazo por tejido fibroso.

PANORÁMICA SOBRE LAS RESPUESTAS REPARADORAS DESPUÉS DEL DAÑO E INFLAMACIÓN

Con lo siguiente concluye la exposición comenzada en el Capítulo I sobre la lesión celular y tisular, la reacción inflamatoria frente a dicha lesión, y los sucesos

de reparación tisular subyacentes en la regeneración, la curación y la fibrosis. En este punto, una visión retrospectiva puede ayudarnos a relacionar la multitud de evoluciones en las diversas formas de lesión. No todas las lesiones provocan un daño permanente; algunas se curan con una vuelta casi perfecta a la estructura y la función normales. Como hemos visto, el hígado puede regenerarse después de una resección parcial o de un daño necrótico agudo, y las heridas cutáneas superficiales curan con una restitución completa de las estructuras normales. Incluso en algunos tipos de situaciones inflamatorias puede ocurrir la restitución, como en el caso de la neumonía lobar, en la cual el abundante exudado inflamatorio se reabsorbe. Sin embargo, con más frecuencia, la lesión y la respuesta inflamatoria pueden organizarse con la formación de tejido de granulación (p. ej., pericarditis fibrinosa y peritonitis) y cicatrización. Aunque funcionalmente imperfecta, la cicatriz aporta un parche permanente que permite al parénquima residual continuar funcionando más o menos. Sin embargo, algunas veces, la propia cicatriz es tan amplia o está situada de tal manera que puede provocar una disfunción permanente, como ocurre en el infarto de miocardio. En este caso, el tejido fibroso no solamente representa una pérdida del músculo contráctil preexistente, sino también una carga permanente para el músculo residual sobrecargado. En la inflamación crónica, la persistencia del daño produce, frecuentemente, una destrucción tisular y una cicatrización como, por ejemplo, en la cirrosis hepática, la pancreatitis crónica y las neumoconiosis. Los procesos de inflamación y reparación subrayan la impresionante capacidad del cuerpo humano para restaurarse a sí mismo, superando ampliamente cualquier dispositivo inventado por los humanos.