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PEM – 06 (Dra. Inés María de Torres Ramírez) 26/09/2014 Begoña Aguilera Manzano
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REPARACIÓN TISULAR
A lo largo de esta clase veremos cómo se repara la inflamación mediante la reparación tisular.
Hay dos formas de reparación tisular:
Resolución y regeneración. Se sustituye el tejido lesionado por células parenquimatosas de la misma
estirpe. De tal forma que el tejido queda totalmente curado. Ej. hepatitis A, neumonía.
Cicatrización. Se sustituye también el tejido lesionado, pero en este caso por tejido conectivo, se forma
una cicatriz por fibrosis. Ej. hepatitis C o B (cirrosis).
REGENERACIÓN CELULAR
Para que se dé correctamente se requiere:
1. Control del crecimiento y diferenciación celular.
2. Mediadores solubles.
3. Matriz extracelular (MEC): interacción célula-matriz.
Ciclo celular.
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CONTROL DEL CRECIMIENTO Y DIFERENCIACIÓN CELULAR
Ciclo celular (proliferación celular normal)
Para que el ciclo celular funcione correctamente ha de existir
una proliferación celular normal. Para ello tiene que haber
una regulación por parte de ciclinas, cuya actividad está
controlada por las cinasas dependientes de ciclinas (CDK se
activan por fosforilación), y además inhibidores de CDK, que
son esenciales en los cambios de etapa del ciclo celular.
Las células que no se dividen se encuentran paradas en la
fase G0. Los factores de crecimiento estimulan que las células
pasen de la fase G0 a la fase G1 y, posteriormente,
evolucionen a las fases de síntesis de ADN (fase S), G2 y de
mitosis (M). La progresión viene regulada por las ciclinas.
Tipo celular (lábil, permanente o estable)
Los tejidos los podemos clasificar en 3 tipos, dependiendo de su capacidad proliferativa intrínseca:
Permanentes. Sus células no tienen capacidad de división, se consideran diferenciadas de forma
terminal y por lo tanto no proliferan en la vida post-natal, Ej. miocitos y neuronas. En los tejidos
permanentes la formación de cicatriz es el fenómeno que predomina en la reparación. Ej. En un infarto
se cicatriza pero no se regenera.
Lábiles. Sus células se encuentran en ciclo continuo. Las células se sustituyen por maduración y por
proliferación de células madre pluripotenciales Ej. epitelios de tapizamiento y células hematopoyéticas.
Estos tejidos pueden regenerar con rapidez tras la lesión, siempre que se conserve la reserva de células
madre.
Quiescentes o estables. Sus células están en reposo y tienen un bajo nivel de replicación, aunque ante
un estímulo pueden pasar a replicarse rápidamente. Ej. células parenquimatosas y mesenquimatosas
(hígado, pulmón). Con la excepción del hígado, los tejidos estables tienen una capacidad limitada de
regeneración tras una lesión.
Ciclo celular con la función de las cinasas (CDK).
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CÉLULAS MADRE (STEM CELLS)
Las células madre tienen la capacidad de autorenovarse (proliferan en feed back) y se replican de forma
asimétrica 1 . Son aquellas células con capacidad de generar múltiples linajes celulares, es decir, son
pluripotenciales. Diferenciamos dos tipos:
Las células madre embrionarias (CME) que se aíslan del embrión
(concretamente en el estadio de blastocisto). No requieren de
manipulación genética para trabajar con ellas y obtener otros
tipos celulares. Pueden formar células especializadas de las tres
capas embrionarias.
Las células madre adultas o somáticas que se aíslan de la
médula ósea o de otros tejidos adultos. Estas células son
capaces de dar lugar únicamente a algunas o todas las células
diferenciadas del órgano o tejido en el que se encuentran.
Las células madre tienen una población celular basal la cual se autoreplica. Se diferencian en cualquier tipo de tejido.
Las células embrionarias pueden diferenciarse en células del endodermo, mesodermo o ectodermo. Desde el punto de vista ético-legal está restringido el trabajo con estas células.
1 Replicación asimétrica: Cuando una célula madre se divide, una célula hija entra en una vía de diferenciación
y da origen a células maduras, mientras que la otra sigue siendo una célula madre indiferenciada que conservas u capacidad de autorrenovación, la cual permite a las células madre mantener una población funcional de precursores durante prolongados períodos de tiempo.
Premisas para el control del crecimiento y diferenciación celular
Tener presente que en el tejido adulto el tamaño de las poblaciones celulares viene determinado
por las tasas de proliferación celular, la diferenciación celular y la muerte por apoptosis.
Los tejidos se clasifican en tres grupos dependiendo de la capacidad proliferativa de sus células:
tenemos los tejidos en continua división (tejidos lábiles - mucosas, piel -), los quiescentes (tejidos
estables - hígado que regenera en caso de daño -) y los indivisibles (tejidos permanentes como la
neurona).
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Aunque por sus amplia capacidad de diferenciación las CME serían las ideales para trabajar en la medicina
regenerativa, tenemos que recordar que estas células provienen de un embrión, por lo que serán portadoras
de moléculas de histocompatibilidad de los donantes del óvulo y el espermatozoide. Esto podría producir un
rechazo inmunitario por parte del huésped, igual que pasa con los órganos trasplantados.
Debido a este motivo, y tras mucha investigación se ha identificado 4 genes que codifican factores de
trascripción y que determinan el carácter de “célula progenitora indiferenciada” de las células ME: Oct3/4,
Sox-2, c-Myc, Klf4. La introducción de estos genes en las células totalmente diferenciadas (como fibroblastos o
células epiteliales) consigue que el núcleo de la célula somática se reprograme y de esta forma las células
adquieren muchas de las propiedades de las CME. Estas células madre reprogramadas mediante manipulación
genética reciben el nombre de células madre pluripotenciales inducidas (iPS).2
Se ha conseguido transformar células adultas en células madre mediante inducción de estrés, de manera que no se manipulan genéticamente, se aplica ACTH y LIF. Se obtuvieron así las células STAP, células pluripotenciales por
estimulación.
2 En 1962, Gurdon descubrió que una célula madura (especializada en algún tejido) podía ser reprogramada, dar marcha
atrás y recuperar las propiedades pluripotentes de las células embrionarias. Cuatro décadas más tarde, Yamanaka reveló los mecanismos que hacían posible el proceso y que permitían inducir de forma dirigida (iPS). Ambos ganaron en 2012 el Premio Nobel de Medicina por la “Reprogramación de células madre”.
Células madre adultas y CME – Medicina regenerativa
- No tienen la misma plasticidad de diferenciación, las embrionarias tienen una mayor
plasticidad.
- Las células madre de médula ósea son las únicas de momento con gran capacidad de
diferenciación en otras líneas celulares (transdiferenciación) pudiendo generar células
adiposas, cartílago, hueso y endotelio.
- Existe una importante investigación en el campo de la clonación terapéutica (tratamiento con
células madre), p.ej. infarto miocardio, trasplantes.
- Las células madre embrionarias (ES) y las iPS son capaces de diferenciarse en varios tipos
celulares, pero las iPS tienen que ser modificadas genéticamente como dijimos anteriormente.
- El objetivo de la medicina regenerativa es repoblar las células dañadas de un órgano o corregir
un defecto genético, usando células madre embrionarias o adultas del mismo paciente
evitando así el rechazo inmunológico (los trasplantados están inmunodeprimidos de por vida
por esto).
- Las células hematopoyéticas madre (HSC) en continua división son conocidas como células
progenitoras con capacidad de transdiferenciación en diversas líneas (capacidad de plasticidad)
en miocitos, neuronas, músculo esquelético y hepatocitos.
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Células madre en tejidos
En médula ósea tenemos las células madre hematopoyéticas (HSCs) que se aíslan de la sangre de cordón
umbilical (reconstituyen la médula ósea tras la depleción por radioterapia o quimioterapia en pacientes p. ej.
leucémicos (se utiliza de forma protocolizada en enfermedades hematológicas)); también están las células
estromales de médula ósea (MSCs) que son multipotentes y pueden generar condrocitos, osteoblastos,
adipocitos, mioblastos y células endoteliales dependiendo a donde migren.
En el hígado tenemos las células ovales (en los canales de Herring), son células precursoras capaces de
diferenciarse en hepatocitos o células biliares. Se ponen en marcha solo cuando la capacidad proliferativa del
hepatocito está bloqueada: post-hepatitis fulminante, algunas hepatitis crónicas activas y en la cirrosis, con el
objetivo de regenerar el hígado.
En el cerebro encontramos las células madre neurales (NSCs) o células precursoras neurales, se han
identificado recientemente en dos áreas de cerebros adultos, en la zona subventricular y en el girus dentado
del hipocampo. Son capaces de generar neuronas, astrocitos, oligodendrocitos =neurogénesis (en
investigación) será útil en ictus, enfermedades degenerativas (Parkinson, Alzheimer) y lesiones espinales.
Otros tejidos con células madre, hay menos pero las tienen también (sólo nombró los tejidos):
- Piel: Células madre en el bulbo folicular piloso, áreas interfoliculares de la epidermis y en glándulas
sebáceas. La epidermis se regenera cada 4 semanas.
- Epitelio intestinal: Células madre en el fondo de las criptas del ID y el colon. Regeneran la cripta en 3-5
días.
- Músculo esquelético y cardíaco: Células satélite madre (entre miocitos y lámina basal) que podrían
generar miocitos mediante activación de la vía Notch (angiogénesis) post-agresión (todavía en
discusión).
- Córnea: Células madre limbares (LSc) entre la córnea y la conjuntiva que mantienen la integridad del
epitelio corneal. Enfermedades hereditarias con deficiencia de LSc y opacificacion corneal se pueden
corregir por Tx de LSc.
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MEDIADORES SOLUBLES
El crecimiento y diferenciación celular dependen de señales extracelulares procedentes de mediadores
solubles, estos mediadores solubles son: mediadores químicos y factores de crecimiento polipeptídicos.
Los factores de crecimiento polipeptídicos (solubles o celulares) intervienen en la señalización extracelular
mediante:
Señalización autocrina. La célula secreta el factor polipeptídico y ella misma tiene receptores
específicos para este factor en concreto.
Señalización paracrina. Una célula secreta factor polipeptídico, sin embargo en este caso será otra
célula vecina la que tenga receptores para el mismo. Este mecanismo solamente se dará entre céluals
próximas.
Señalización endocrina. La célula endocrina secreta una sustancia que va a parar al torrente sanguinio,
a través del cual llegará a otra célula distante con receptores para esa sustancia, que será la encargada
de responder a ese estímulo.
Otros métodos de comunicación intercelulares son:
Señalización sináptica. Típica entre neurona y célula muscular (p. ej.).
Uniones comunicantes o GAP. Las células están unidas y los factores polipeptídicos pasan a través de
unas aperturas localizadas en las membranas citosólicas de cada célula.
MATRIZ EXTRACELULAR
La matriz extracelular es un complejo macromolecular dinámico y en constante remodelado. Hay dos formas
básicas: la matriz intersticial y la membrana basal (interviene en la inflamación también).
La matriz intersticial es sintetizada por células mesenquimales y se encuentra presente en los espacios entre
las células del tejido conjuntivo y entre el epitelio y las estructuras de sostén vasculares lisas. Esta matriz
consiste en un gel amorfo tridimensional compuesto principalmente por:
Colágenos fibrilares/ no fibrilares
Proteoglucanos y ácido hialurónico
Elastina
Glucoproteínas adhesivas (unen matriz-célula): laminina, fibronectina e integrinas
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La membrana basal por otro lado, es la matriz intersticial de los
tejidos conectivos que se organiza alrededor de las células epiteliales,
endoteliales y músculo liso (forma Ia). Entonces, esta matriz intersticial
organizada forma una membrana basal especializada, siempre situada
por debajo del epitelio y compuesta de:
Colágeno tipo IV (amorfo y no fibrilar): se tiñe muy bien con el
tricrómico de Masson (se utiliza para ver posibles patologías
que puedan afectar a la membrana basal, como la colitis
colágena).
Glucoproteínas adhesivas (sobretodo laminina)
Funciones de la MEC
1. Sostén mecánico para anclaje celular
2. Determinación de orientación: polaridad de las células
3. Control del crecimiento celular (a través de integrinas)
4. Mantenimiento de la diferenciación celular
5. Andiamaje para la regeneración: Cuando un tejido se ha dañado funciona como base para que ese
tejido se pueda regenerar. Los trastornos en la MEC llevan al depósito de colágeno o a la formación de
cicatriz.
6. Establecimiento de microambientes tisulares: Para quimiotaxis en inflamación
7. Almacenamiento y presentación de moléculas reguladoras (bFGF o factor de crecimiento
fibroblástico). Esto permite la utilización rápida de factores de crecimiento después de la lesión o
durante la regeneración.
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RESOLUCIÓN
Se produce cuando la alteración de la arquitectura tisular tras el proceso inflamatorio ha sido mínima y las
células pueden regenerarse. Se realiza:
1. A través de la licuefacción enzimática del exudado (neutrófilos) y reabsorción del líquido hacia los
linfáticos.
2. Mediante la fagocitosis de los restos (detritus celulares) por los macrófagos.
CARACTERÍSTICAS DE LA RESOLUCIÓN
1. Restablecimiento de una estructura y función normales SIN CICATRIZ.
2. El exudado inflamatorio se elimina por licuefacción y fagocitosis.
3. El tejido de sostén debe para ello estar INTACTO, es decir, todos los mecanismos de la matriz
extracelular deben funcionar correctamente.
4. Las células lesionadas deben ser capaces de REGENERAR, es decir, de dividirse (p. ej. el cerebro y el
corazón no regeneran).
REPARACIÓN Y CICATRIZACIÓN
La reparación comienza en las 24h siguientes a la lesión. Para que se produzca se requiere:
1. Angiogénesis
2. Fibrosis (formación de cicatriz).
3. Remodelamiento (de la cicatriz), este hecho nos permite volver a recuperar la función del tejido o de la
zona lesionada.
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ORGANIZACIÓN Y REPARACIÓN
La reparación por depósito de tejido conjuntivo consta de 4 fases consecutivas:
1. Formación de vasos sanguíneos (angiogénesis)
2. Migración y proliferación de fibroblastos (fibrosis): Accionadas por factores de crecimiento (TGF-β,
entre otros) producidos en el endotelio y en células inflamatorias (como macrófagos), muy abundantes
en el tejido de granulación.
3. Depósito de Matriz Extracelular (formación de cicatriz): Depende del equilibrio entre agentes
fibrogénicos, metaloproteasas (MMP) que digieren la MEC, e inhibidores tisulares s de las MMP( TIMP).
4. Maduración y organización del tejido fibroso (remodelación)
(1)Los macrófagos llegan a la zona de la lesión para fagocitar los detritus.
(2) A continuación las células epiteliales empezarán a proliferar, iniciando la angiogénesis y también se
producirá la migración y proliferación de los fibroblastos. Cuando en el tejido lesionado encontramos estos dos
tipos de células, este recibe el nombre de tejido de granulación. El término proviene de su aspecto rosado,
blando i de apariencia granular en la superficie de las heridas.
(3) Seguidamente los fibroblastos empezarán secretar colágeno, produciendo el depósito de MEC, y algunos se
diferenciarán en miofibroblastos (con capacidad contráctil). Cuando la zona contenga fibroblastos y vasos
neoformados lo denominaremos tejido de granulación fibrovascular.
(4) Por último cuando la cantidad de MEC sea suficiente, los fibroblastos entraran en reposo i pasaran a
llamarse fibrocitos. La trama del tejido de granulación se convierte entonces en una cicatriz compuesta por
fibroblastos fusiformes, colágeno denso, fragmentos de tejido elástico y otros componentes de la MEC.
Finalmente se producirá una regresión vascular que permitirá que el tejido acabe siendo una cicatriz de color
pálido y avascular.
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La transición desde el tejido de granulación a la
cicatriz implica cambios en la composición de la MEC.
Es importante saber que el tamaño final de la cicatriz colágena disminuye por la
contracción que producen los miofibroblastos, hasta un 10% del tamaño
original (parte del proceso de curación normal).
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Cicatriz cutánea.
Hay persona que tienen una respuesta de cicatrización exagerada. La acumulación de cantidades excesivas de
colágeno puedn dar lugar a cicatrices sobreelevadas, llamadas cicatrices hipertróficas. Las personas con esta
tendencia SIEMPRE cicatrizarán de esta manera. Si el tejido icatrizal crece más allá de los márgenes de la
herida original y no regresa lo denominaremos queloide (serian unas cicatrices hipertróficas muy exageradas).
La forma de reparar este tipo de cicatrices no es quitarlas, pues volverán a cicatrizar hipertróficamente, lo
único que se puede hacer para disimularlas es aplanarlas poniendo algo encima (en clase habló de una
moneda).
CURACIÓN DE LAS HERIDAS
Existen dos mecanismos:
Cicatrización por primera intención. Entre superficies muy próximas.
Cicatrización por segunda intención. Es el caso de las heridas abiertas.
Estas heridas son debidas a un gran defecto, es decir, ha habido una
respuesta inflamatoria muy intensa, por lo que se ha necesitado mucho
tejido de granulación y la cicatrización es más tardía. Este proceso implica
una contracción de la herida. Los cirujanos suelen suturar este tipo de
heridas, aproximando así sus bordes para que reparen por cicatrización por
primera intención.
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FASES DE CICATRIZACIÓN DE UNA HERIDA
Minutos. Comienza la cascada inflamatoria aguda: neutrófilos, malla de fibrina y plaquetas. Para el
sangrado (si la herida es pequeña), pues la cascada de coagulación también se pone en marcha.
24 horas. Los PMN entran en las mallas de fibrina. Las células epiteliales migran y proliferan,
regenerando los bordes.
Día 3. Los PMN son sustituidos por los macrófagos, que invaden las mallas de fibrina y se inicia el tejido
de granulación (entre 48-72h). Una fina capa de células epiteliales cubren la superficie de herida.
Día 5. El tejido de granulación rellena por completo la incisión y se hace fibrovascular con
neovascularización máxima y fibroblastos que depositan abundante colágeno (cicatriz rojiza).
Día 7. Se retira la sutura. La herida tiene una resistencia del 10% de la piel normal en tensión, por lo
que es menos probable que la herida se reabra.
Día 10. Aumenta la proliferación de fibroblastos y la formación de colágeno, lo que refuerza la herida.
Día 15. El depósito de colágeno sigue las líneas de tensión tisular. El tejido de granulación es menos
vascular (color rosado).
Día 30. La herida tiene un 50% de resistencia a la piel normal en tensión, por lo que ya no se abrirá.
Aun así la cicatriz no tendrá la misma resistencia que tiene otra parte de la piel.
3 meses. La herida adquiere un 80% de resistencia. El aclaramiento completo de la cicatriz dura varios
meses.
Los anejos dérmicos (pelos,..) destruidos en la línea de la incisión se habrán perdido de modo permanente.
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FACTORES QUE DIFICULTAN LA REPARACIÓN (IMPORTANTE)
Nutrición inadecuada (déficits proteicos, de vitamina C y Zinc): Inhiben la síntesis de colágeno y
retrasan la cicatrización.
Isquemia tisular (diabéticos): Flujo sanguíneo inadecuado, provocado por arterioesclerosis o anomalías
venosas que retardan el drenaje venoso, también altera la curación. Típico en personas mayores.
Sobreinfección del tejido: Prolonga la fase de inflamación y aumenta potencialmente la lesión del
tejido local. Tras una cirugía se administraran siempre antibióticos.
Cuerpos extraños y tejido necrótico (se limpia y se quita el tejido necrótico)
Esteroides (dificultan el tejido de granulación y la sobreinfección): Tienen efectos antiinflamatorios e
inhiben la síntesis de colágeno, entre otros.
Exposición a radiaciones
Otros: diabetes, denervación,…
FACTORES QUE FAVORECEN LA REPARACIÓN
Favorecen la reparación:
Eliminación de tejidos muertos (desbridamiento de la herida)
Administración de antibióticos adecuados en caso de infección.
FENÓMENOS CELULARES EN LA CICATRIZACIÓN DE LAS HERIDAS
1. Los vasos locales son estimulados para formar prolongaciones: angiogenia.
2. Las células de la MEC se dividen para formar fibroblastos y miofibroblastos: mitogénesis.
3. Los fibroblastos y miofibroblastos emigran a la zona de lesión tisular: quimiotaxis y motilidad.
4. Segregan colágeno: fibrogénesis.
5. Producen enzimas que degradan colágeno: remodelación.
MOLÉCULAS QUE INTERVIENEN EN LA REPARACIÓN
Factor derivado de plaquetas: mitogénesis y quimiotaxis
FGFb o Factor de crecimiento fibroblástico: angiogénesis, mitogénesis, quimiotaxis
TGF o Factor de crecimiento tumoral: fibrogénesis-colágeno tipo III
IL-1 o Interleucina 1: fibrogénesis
TNF o Factor de necrosis tumoral: fibrogénesis
Moléculas MEC: fibronectina (aumenta la adherencia de capilares y fibroblastos)
Metaloproteinasas: degradan el colágeno remodelándolo y sustituyéndolo por colágeno tipo I
FORMAS ESPECIALES DE REPARACIÓN (IMPORTANTE)
En el cerebro el tejido es eliminado formando una cavidad quística rodeada por fibras gliales compactas. Este
proceso se conoce como gliosis astrocítica (cicatriz glial). En vez de células piramidales veremos células gliales.
En el hueso se produce organización, tejido de granulación, proliferación fibroblástica, proliferación
osteoblástica productora de osteoide y repara formando el callo de fractura ósea (tejido de granulación y
hueso en formación con remodelación posterior).
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TAKE HOME MESSAGES
- La proliferación celular está regulada por ciclinas que, cuando forman complejos con cinasas
dependientes de ciclina (CDK), regulan la fosforilación de las proteínas implicadas en la progresión
del ciclo celular que lleva a la replicación del DNA y la mitosis.
- Los tejidos se dividen en lábiles, estables y permanentes, de acuerdo a la capacidad proliferativa
de sus células (de + a -).
- Las células madre embrionarias (CME) son pluripotenciales; los tejidos adultos, sobretodo la
médula ósea, también contienen células madres capaces de generar múltiples linajes celulares
(multipotenciales).
- La mayoría de factores de crecimiento tienen múltiples efectos, como migración y diferenciación
celulares, estimulación de la angiogénesis y fibrinogénesis, además de proliferación celular.
- Los tejidos pueden ser reparados por regeneración con restablecimiento completo de la forma y
la función, o por sustitución con tejido conjuntivo y formación de cicatriz.
- Se requiere una MEC intacta para la regeneración tisular, y si está dañada, la reparación sólo
puede llevarse a cabo por formación de cicatriz.
- La reparación por tejido conjuntivo comienza con la formación de tejido de granulación y culmina
depositando tejido fibroso.
- Las heridas cutáneas pueden curar por unión primaria (primera intención) o por unión secundaria
(segunda intención); la curación secundaria implica una mayor extensión de la cicatriz y
contracción de la herida.
- El tipo, volumen y localización de la lesión son factores importantes para la cicatrización.
- La producción excesiva de MEC puede causar queloides en la piel.