A potencia celular é a capacidade da célula de diferenciarse noutros tipos de células.A ttipotencia celular descubriuna Habertland e o termo foi acuñadopor Thomas Hund Morgan. A potencia dunha célula é maior a cantos máis tipos se poida diferenciar. A potencia tamén se describe como o potencial de activacion xénica nunha célula, o cal é un continuum que empeza coa totipotencia, que caracteriza unha célula co máximo poder de diferenciación, e segue coa pluripotencia, multipotencia, oligopotencia e, finalmente, unipotencia (orixina un só tipo de célula). 300px|miniatura|As células nai embrionais pluripotentes orixínanse como unha masa celular interna no blastocisto. Estas células nais poden converterse en calquera tecido do corpo, excluíndo a placenta. Soamente as célula da mórula son totipotentes, é dicir, capaces de converterse en células de todos os tecidos incluída a placenta.
Totipotencia
A totipotencia (do latín totipotentia, 'capacidade para todas as cousas') é a capacidade de que unha soa célula se divida e produza todas as células diferenciadas dun organismo. As esporas e os cigotos son exemplos de células totipotentes. No espectro da potencia celular, as células totipotentes son as de maior potencial de diferenciación, sendo capaces de diferenciarse en calquera célula embrionaria e tamén en células do tecido extraembrional. En contraste, as células pluripotentes só se poden diferenciar en células embrionarias.
Unha célula completamente diferenciada pode volver ao estado de totipotencia. A conversión á totipotencia é complexa e non se comprende totalmente. En 2011, algunhas investigacións revelaron que as células non poden diferenciarse en células completamente totipotentes, senón nunha "variación celular complexa" de totipotencia.
O modelo do desenvolvemento humano pode utilizare para describir como se orixinan as células totipotentes. O desenvolvemento humano comeza cando un espermatozoide fecunda un óvulo, creando unha soa célula totipotente, o cigoto. Nas primeiras horas despois da fecundación este cigoto divídese en células idénticas totipotentes, que poden despois desenvolverse en calquera das tres capas xerminais do embrión humano (endoderma, mesoderma e ectoderma), ou en células da placenta (citotrofoblasto ou sincitiotrofoblasto). Unha vez que acada o estadio de 16 células, as células totipotentes da mórula diferéncianse en células que finalmente se converterán na masa celular interna do blastocisto ou os trofoblastos externos. Aproximadamente catro días despois da fertilización e despois de varios ciclos de división celular, estas células totipotentes empezan a especializarse. A masa celular interna, a fonte de células nais embrionais, faise pluripotente.
Investigacións feitas co verme Caenorhabditis elegans suxiren que múltiples mecanismos, incluíndo a regulación do ARN, poden xogar un papel no mantemento da totipotencia en diferentes estadios do desenvolvemento nalgunhas especies. Os traballos co peixe cebra e mamíferos suxiren un maior interacción entre o microARN e as proteínas que que e unen ao ARN (RBPs polas súas siglas en inglés) na determinación de diferenzas no desenvolvemetno.
Células xerminais primordiais Nas células xerminais primordiais de rato, a reprogramación de todo o xenoma que leva á totipotencia implica o borrado das improntas epixenéticas. A reprogramación é facilitada pola activa desmetilación do ADN na que intervén a vía encimática da reparación por escisión de bases do ADN. Esta vía supón o borrado da metilación CpG (5mC) en células xerminais primordiais pola conversión inicial de 5-metilcitosina (5mC) a 5-hidroximetilcitosina (5hmC), unha reacción impulsada polos altos niveis de encimas dioxixenases da translocación dez-once TET-1 e TET-2.
Pluripotencia
miniatura|250px|A: Células nai embrionais humanas (colonias de células que non están aínda diferenciadas)B: Células nerviosas. Unha célula nai pluripotente (do latín pluripotentia, 'capacidade de formar moitas [cousas]) é unha célula nai que ten o potencial de diferenciarse en calquera outra célula das tres capas xerminais: endoderma (orixina os intestinos, pulmóns e fígado), mesoderma (músculo, esqueleto, vasos sanguíneos, tecido uroxenital, derma) ou ectoderma (tecido nervioso, sensorial, epiderme), pero non pode formar tecidos extraembrionais como a placenta ou o saco vitelino.
Pluripotencia inducida
As células nai pluripotentes inducidas, normalmente denominadas coa abreviación inglesa de células iPS ou iPSCs, son un tipo de célula nai pluripotente derivada artificialmente dunha célula non pluripotente, normalmente unha célula somática adulta, ao inducir a expresión "forzada" de certos xenes e factores de transcrición. Estes factores de transcrición xogan un papel clave na determinación do estado destas células e tamén salientan que estas células somáticas conserven a mesma información xenética que as células embrionarias iniciais. A capacidade de inducir células a un estado pluripotente conseguiuse primeiramente en 2006 usando fibroblastos de rato e catro factores de transcrición: Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc; esta técnica, chamada reprogramación, valeulles gañar o premio Nobel de Medicina a Shinya Yamanaka e John Gurdon de 2013."The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012". Nobelprize.org. Nobel Media AB 2013. Web. 28 de novembro de 2013. A isto seguiu en 2007 a indución de iPSCs humanas derivadas de fibroblastos humanos usando métodos similares aos usados para a indución de células de rato. Estas células inducidas exhiben características similares ás das células nai embrionais (ESCs) mais non requiren o uso de embrións. Algunhas das semellanzas entre as ESCs e as iPSCs son a pluripotencia, morfoloxía, capacidade de autorrenovación, unha característica que implica que poden dividirse e replicarse indefinidamente, e expresión xénica.
Os factores epixenéticos tamén se cre que están implicados na reprogramación de células somáticas para inducir pluripotencia. Teorizouse que certos factores epixenéticos poderían funcionar eliminando as marcas epixenéticas somáticas orixinais para adquirir as novas marcas epixenéticas que lles permitirán acadar un estado pluripotente. A cromatina tamén se reorganiza nas iPSCs e queda como se encontraba nas ESCs no sentido de que está menos condensada e, por tanto, é máis accesible. As modificacións na eucromatina son tamén comúns, o cal é consistente co estado da eucromatina atopada nas ESCs.
Debido á gran semellanza coas ESCs, os investigadores e médicos están interesados nas iPSCs. As iPSCs poderían talvez ter a mesmas implicacións terapéuticas e aplicacións que as ESCs pero sen o controvertido uso de embrións no proceso, un asunto que xera debates bioéticos. A pluripotencia inducida de células somáticas en células iPS indiferenciadas foi orixinalmente saudada como o final do uso polémico de células nai embrionais. Porén, atopouse que as iPSCs son potencialmente tumoroxénicas e, malia estes avances, en países como os Estados Unidos non foron aprobadas para investigacións en fase clínica ata tempos recentes. Actualmente, utilízanse células proxenitoras dopaminérxicas derivadas de iPSC autólogas en ensaios para tratar a enfermidade de Parkinson. Na produción de iPSCs tamén se atoparon inconvenientes como as baixas taxas de replicación e a senescencia temperá, que supoñen unha dificultade para o seu uso como substitutas das ESCs.
A expresión somática de factores de transcrición combinados pode inducir directamente outros destinos de diferenciación somáticos definidos (transdiferenciación); por exemplo, identificáronse tres factores de transcrición específicos da liñaxe neural que poderían converter directamente fibroblatos do tecido conectivo de rato en neuronas completamente funcionais. Isto ten como resultado cambios na natureza terminal da diferenciación celular e a integridade do compromiso da célula cunha liñaxe; e implica ademais que, coas ferramentas axeitadas, todas as células poden chegar a ser totipotentes e poderían formar todo tipo de tecidos.
Algúns dos posibles usos médicos e terapéuticos das iPSCs derivadas de pacientes son o seu uso en transplantes de células e tecidos sen o risco de rexeitamento que é común encontrar. As iPSCs poderían substituír modelos animais que non son o máis adecuados, así como modelos in vitro usados para a investigación de enfermidades.
Ensaios de formación de tetratomas miniatura|Teratoma de ovario quístico. A medida que aumenta a investigación e as aplicacións das ESCs e iPSCs en modelos de medicina rexenerativa, cómpre realizar comprobacións de calidade das células test. Un procedemento amplamente aceptado que funciona tanto para ESCs coma para iPSCs de mamíferos é o ensaio de formación de teratomas. Un teratoma é un tumor normalmente benigno que se caracteriza pola súa capacidade de formar as tres capas xerminais: ectoderma (nervios, epitelio), mesoderma (músculo, óso e cartilaxe) e endoderma (intestinos).
Un ensaio de formación de teratomas faise inxectando células test que se espera sexan células pluripotentes en varios tecidos. Unhas poucas áreas inclúen ente outras as seguintes: a cápsula renal, rexión intratesticular e rexión intramuscular de ratos inmunodeficientes. A pluripotencia caracterízase pola capacidade das células test de formar un teratoma capaz de producir as tres capas xerminais.
Aínda que o ensaio de formación de teratomas é o procedemento estándar para os investigadores, apareceron moitos problemas cos tests. Un problema particular é a falta de estandarización sobre detalles específicos e factores que inflúen na formación do teratoma. Áreas que preocupan para a estandarización son os sitios de enxerto, idade do organismo test (normalmente ratos) e o número de células que se van inxectar no organismo test. Esres ensaios son tamén caros e pesados operativamente, e as consideracións éticas son outro inconveniente do uso de organismos test.
Outro tema con este tipo de tests é a posibilidade de erros de lectura histolóxicos. As células que non están completamente reprogramadas a iPSCs que forman masas celulares destacables que se parecen a teratomas, deben ser consideradas como pluripotentes aínda que carezan das tres capas xerminais. Tamén se sinalou a necesidade de rastrear liñaxes celulares e marcas de hóspede contra célula doante. Certos materiais para a preparación das células poden inducir unha resposta inflamatoria ou unha resposta inmune contra antíxenos alleos. Estas respostas poden xogar un papel nas identificacións falsas da diferenciación das células test. miniatura|Colonia de células nais pluripotentes humanas virxes vista aquí crecendo sobre células nutricias (rato).
Estados virxes fronte aos de pluripotencia cebada Os descubrimentos sobre os epiblastos antes e despois da implantación orixinaron propostas para clasificar a pluripotencia en dous estadios: "virxe" (naive) e "cebado" (primed), que representan o epiblasto pre- e postimplantación, respectivamente. O continuo virxe-cebado está controlado pola redución da dimerización de Sox2/Oct4 nos elementos do ADN SoxOct que controlan a pluripotencia virxe. As células nais pluripotentes cebadas de diferentes especies podían ser reiniciadas ao estado virxe usando un cóctel que contén Klf4 e Sox2 ou "súper-Sox", un factor de transcrición quimérico cunha capacidade mellorada para dimerizarse con Oct4.