Totipotencialidad: historia, características e importancia
La totipotencialidad o totipotencia es la habilidad, capacidad y potencial que posee cada una de las células embrionarias para producir el total de células de un individuo. El término deriva de la palabra latina totipotentia, que significa habilidad para todas las cosas y/o capacidad de convertirse o dar lugar a un organismo completo.
Las células totipotentes mejor definidas o estudiadas son el cigoto y las esporas. Algunos autores emplean el término células madres y células totipotentes como sinónimo, pero sin embargo no existe consenso en este aspecto.
Las células madres, según algunos autores, son grupos de células no diferenciadas que pueden convertirse en distintos grupos o tipos de células especializadas. Ellas pueden ser unipotentes, multipotentes y también totipotentes. Solo estas últimas son capaces de dar origen a un individuo completo.
Índice del artículo
- 1 Historia
- 2 Características
- 3 Totipotencialidad en diferentes grupos de organismos
- 4 Tipos de células según su capacidad totipotente
- 5 Importancia
- 6 Referencias
El padre de la totipotencialidad es el biólogo y filósofo alemán Hans Adolf Eduard Driesch. Este científico revolucionó la comprensión de la embriología gracias a sus experimentos con erizos de mar.
En 1891 Driesch realizó experimentos con embriones bicelulares (de dos células) del erizo de mar Echinus microtuberculatus (actualmente conocido como Psammechinus microtuberculatus) desafiando las hipótesis aceptadas de la época sobre el desarrollo embrionario.
Sus resultados evidenciaron que las células de un embrión temprano (cigoto) cuando son separadas, bien sea de forma mecánica o natural, podrían continuar desarrollándose hasta formar larvas normales, concluyendo que dichas células son totipotentes en sus primeras etapas de desarrollo.
Esto contrastaba con los resultados de Wilhelm Roux (pionero de la embriología experimental), quien había trabajado con huevos de ranas de dos células. Roux encontró que al matar una de las dos células se desarrollaban embriones con malformaciones, concluyendo que las células embrionarias tienen destinos predeterminados.
Más tarde en 1910, el químico, zoólogo y fisiólogo norteamericano Jesse Francis McClendon comprobaría que los resultados de Driesch podrían replicarse en ranas, pollos, otros erizos y hasta en mamíferos.
La totipotencialidad se caracteriza por el potencial de algunas células de dar lugar a un individuo completo. Estas son capaces de convertirse en cualquier tipo de célula del cuerpo y también en otras del tejido extraembrionario.
Las células totipotentes se forman en organismos tanto de reproducción sexual como asexual, son cigotos o esporas. Pueden ser un cigoto en la semilla de una fanerógama (planta), en un huevo de cualquier animal, o en un útero de un mamífero (como los seres humanos, elefantes o ratones).
Este potencial en la mayoría de los casos tiene un periodo de existencia corto durante el desarrollo. En el cuerpo humano tienen un tiempo limitado, aproximadamente unos 4 días luego de la fecundación. En otros organismos como plantas, esponjas marinas, gusanos anélidos, estrellas de mar y ratones presentan diferente duración.
En plantas y hongos que se reproducen por esporas, se habla de que estas células que no necesitan fecundación son del tipo totipotentes, ya que el cigoto de estos organismos tiene la capacidad de producir todos los tipos de células requeridos para desarrollar un individuo completo.
Numerosos estudios de desarrollo, crecimiento y cultivo de tejidos en plantas han demostrado repetidas veces que muchas células vegetales son totipotentes. Ejemplo de esto son los cultivos de pequeños tejidos o cortes de tallos que al ser colocados en medios de crecimiento son capaces de dar origen o regenerar a un individuo completamente nuevo.
Como ya ha sido mencionado antes, el primer estudio que demostró la existencia de las células embrionarias totipotentes fue realizado con erizos de mar (equinodermos). A partir de entonces muchos estudios han sido llevados a cabo para replicar el experimento de Driesch y en todos el resultado es el mismo (la existencia de la totipotencialidad).
Otro caso en equinodermos, pero esta vez con estrellas de mar y ofiuras, es la capacidad que tienen algunas especies de estos, para regenerar un organismo completo a partir de una sección o parte de un brazo (sin porciones del disco central). Esta capacidad de regeneración se debe a que presentan células madre totipotentes adultas.
Estudios de tejidos en poríferos (esponjas) revelan que estos primitivos organismos tienen un gran número de células totipotentes. Esto les permite producir u obtener cualquier tipo de célula que necesiten y en ocasiones también poder regenerar a un organismo completo a partir de una pequeña porción corporal.
En vertebrados los estudios de totipotencialidad son descritos en el desarrollo embrionario; es decir, que las células embrionarias de los vertebrados como peces, reptiles, aves y mamíferos tienen un comportamiento totipotente similar al de los erizos de Driesch.
Independientemente del tipo de reproducción (fecundación cruzada, autofecundación y también partenogénesis) las células presentes entre el cigoto y la mórula (primeras segmentaciones del cigoto) tienen la capacidad de producir todos los tipos de células y de organizarlos en un bauplan coherente (un organismo completo).
Buena parte de la comunidad científica clasifica las células totipotentes según su origen y potencialidad. Según su origen se clasifican en embrionarias, fetales y adultas, mientras que según su potencialidad se clasifican en los siguientes grupos.
Aquellas que dan origen a un individuo completo.
Pueden formar células que darán origen a cualquier linaje embrionario, mas no dan lugar a un organismo completo.
Aquellas que solo pueden dar origen a células de su mismo linaje o capa embrionaria.
Células especializadas que tienen la capacidad de diferenciarse en un único tipo de células.
Los estudios con células totipotentes (en el sentido amplio de la clasificación según su potencial) permiten verlas como posible cura para muchas enfermedades, regeneración de tejidos, terapias celulares e incluso potenciales fuentes para la clonación de plantas, animales y del propio ser humano, lo que ha sido objeto de mucho debate ético.
Estudios de enfermedades congénitas y de cáncer son abordados por científicos expertos en células totipotentes, debido al desarrollo y multiplicación celular presente en algunos de estos padecimientos.
Los análisis y estudios de las primeras divisiones cigóticas (de las células totipotentes) han brindado muchos conocimientos sobre la activación e inactivación de genes y también sobre la implicación de proteínas que hacen este proceso posible.
Otros avances científicos relacionados con estudios de las primeras divisiones embrionarias o cigóticas, son las malformaciones y/o defectos de nacimiento causados por divisiones y diferenciación celular temprana anormal.
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