II (n. 4) Potencial terapéutico de las células madre humanas

Por Natalia López Moratalla y Iranzu González de la Tajada



1. Células madre de adulto en la medicina reparadora.
2. Fuentes de células madre humanas de adulto
Bibliografía

 

4. Células madre del organismo adulto

1. Células madre de adulto en la medicina reparadora

En los últimos años, los avances en la Genética humana, la Biología Molecular y Celular, y la Terapia Génica han dado lugar a un cambio considerable en los planteamientos terapéuticos, de forma que los nuevos tratamientos de la Terapia Celular se presentan muy prometedores. A su vez, la aplicación clínica de la técnica de fertilización in vitro en los hombres, y la Biología Celular del Desarrollo han permitido conocer más a fondo los pasos iniciales de la embriogénesis, lo que ha abierto la manipulación de los embriones de mamíferos. Por otra parte, las técnicas de producción de animales transgénicos, impulsó el aislamiento, cultivo y modificación genética de las células del embrión de mamíferos de muy pocos días.

Estas células tienen la posibilidad de madurar y diferenciarse hacia tipos celulares específicos, y poseen una capacidad ilimitada de perpetuarse por multiplicación. Aunque queda un largo camino por recorrer, diversos intentos de transplante o inyección de células preparadas en el laboratorio a ratón, y alguno con humanos, indican ya que es posible una medicina reparadora (Kaji E.H. y Leiden J.M., 2001).

Algunos descubrimientos han revolucionado recientemente la Biología de las células madre y han mostrado su potencial clínico para paliar diversas enfermedades humanas. En primer lugar se han detectado células madre, que mantienen la capacidad de proliferar y madurar hacia diferentes tipos celulares tanto in vitro como in vivo, en órganos, como el cerebro (Johansson C.B., et al., 1999) y el músculo (Gussoni E., et al., 1999), que se pensaba, hasta hace poco tiempo, que carecían de potencial regenerativo. Estudios con animales han sugerido que las células con capacidad de proliferación en el sistema nervioso central desempeñan un papel importante en los procesos de memoria y aprendizaje (Goldman S.A. y Nottebohm F., 1983); y además cultivadas y transplantadas al sistema nervioso central son capaces de diferenciarse a neuronas maduras. Igualmente las células progenitoras inmaduras del músculo esquelético (mioblastos) han podido cultivarse in vitro y después de transplante se han diferenciando y repoblando la zona muscular dañada (Beauchamp J.R., et al., 1999).

En segundo lugar, se ha comprobado que estas células madre de adulto, especificas de órgano, tienen una gran plasticidad y una vez aisladas se diferencian a una variedad de tipos celulares. Por ejemplo, en experimentos con animales se demostró en 1999 que las células madre neurales se diferencian para dar los linajes de la sangre (Bjornson C.R., et al., 1999), de forma semejante a como lo hacen las procedentes de la médula ósea. A su vez las madre y las progenitoras de la médula de los huesos pasan a otros tipos diferentes de las que constituyen la sangre, incluyendo su maduración a las que forman el músculo esquelético (Ferrari G., et al., 1998), la microglía (Eglitis M.A.,1997) y astroglía (Kopen G.C., et al., 1999) en el cerebro, y a hepatocitos (Petersen B.E. et al. 1999).
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La figura modificada de la publicada en http://www.nih.gov/news/stemcell/scireport.htm, muestra la gran plasticidad de las células madre del organismo adulto humano (pulsar aquí:)


http://www.arvo.net/_imag_cienciafe/figII.4.htm

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Las células madre de adulto son capaces de diferenciarse para dar la variedad de células maduras que se requieren para los tratamientos de transplante celular. La médula de los huesos contiene una gran cantidad de células madre capaces de madurar a diversos tipos celulares. Si bien estas células crecen con más dificultad en el laboratorio que las células madre embrionarias o las fetales, sin embargo permiten que pueda hacerse un autotransplante. De esta forma no hay rechazo y no se necesitaría mantener de por vida al enfermo con tratamiento para evitar el rechazo inmunológico. Las células madre indiferenciadas pueden proceder también de un donante

Terapia celular: transplante de celular

Los datos comentados sugieren la posibilidad de que las células madre de la medula ósea se puedan llegar a transplantar en tratamientos de enfermedades como distrofia muscular, Parkinson, infarto, o fallo hepático.

Las células madre de adulto están presentes en una gran variedad de tejidos del cuerpo humano, con frecuencia en cantidades pequeñas, su número disminuye la edad. Sin embargo, en un medio de cultivo adecuado proliferan y se diferencian hasta dar una variedad de tipos celulares de forma más controlada que las células madre embrionarias y fetales. En este sentido el que las células madre de adulto sean más multipotentes que pluripotentes se convierte en una ventaja terapéutica. Al mismo tiempo la ausencia de rechazo inmunológico, al ser propias, aporta una gran ventaja para transplantes celulares.

Reprogramación celular

Se buscan actualmente más alternativas de obtención en mayores cantidades de células madre de adulto. Las firmas Stem Cells Sciences y Biotrasplant consideran que el problema ético de la "clonación terapéutica" podría resolverse utilizando óvulos de animales, especialmente cerdos, filogenéticamente muy cercanos a los seres humanos. En este sentido, ya en 1998, científicos de Advance Cell Techonology, transfirieron material genético humano a óvulos de vacas, consiguiendo un embrión que se dejó vivir solamente unos días; y Stem Cells Sciencies informó el 6 de noviembre de 2000 que habían realizado un experimento similar utilizando óvulos de ratones. Para tratar de justificar éticamente su experimento, la empresa afirmó que los óvulos de ratones no aportaban material genético al híbrido, aunque el 3-4% del material genético del nuevo ser proviene del ADN mitocondrial suministrado por dichos óvulos. Realmente el producto de esa fusión no sería un ser vivo híbrido; no es un cigoto ni humano ni animal. Tal vez cultivada en el laboratorio se pudieran obtener un cultivo de células humanas en cuanto a su dotación genética nuclear y reprogramadas para rejuvenecer hasta células embrionarias. En todo caso, un experimento complejo y de dudosa seguridad de los resultados.

Otro tipo de técnica alternativa a la clonación terapéutica consiste en fusionar una célula somática del paciente con una célula "aceptora" –una célula madre embrionaria, que contiene las señales adecuadas–, de forma que se desarrolle directamente al tipo celular que necesita el paciente. El precedente es una investigación, dirigida por Azim Surani (Tada M., et al., 1997) y llevada a cabo por investigadores de la "Wellcome/CRC Institute of Cancer Research and Developmental Biology" en Cambridge. Fabricaron una célula híbrida de ratón entre una célula del timo y una célula madre embrionaria germinal (precursora de los gametos) que fue capaz de diferenciarse a una amplia variedad de tipos celulares de forma semejante a una típica célula madre embrionaria. Se pretende de este modo desdiferenciar células somáticas adultas hasta células madre embrionarias; posteriormente se cultivarían para obtener células del tejido original, o de otro tejido. En el Congreso de la Sociedad Británica de Fertilidad, celebrado el 23 de febrero de 2001, investigadores de la firma comercial PPL Therapeutics, en la que participa también el Instituto Roslin, informaron que habían logrado transformar células adultas de piel de vaca en células madre multipotentes, y habían obtenido de ellas células de músculo cardiaco.

Terapia génica combinada con la Terapia celular

Las alteraciones genéticas hereditarias, que están en la base de algunas enfermedades, estarían también presentes en las células madre por lo que en tales casos habría que recurrir a una terapia celular y genética combinada (Watt F.H. y Hogan B.L., 2000).

La identificación de genes implicados en enfermedades humanas, y el desarrollo de nuevos vectores capaces de dirigir los genes deseados a diferentes tejidos in vivo, han dado lugar a nuevos y significativos progresos en el área conocida como Terapia Génica. Con este tratamiento se trata de modificar algunos genes en el interior de las células y producir así el efecto terapéutico deseado. Las modificaciones genéticas pueden llevarse a cabo en cultivo, y las células manipuladas se administran después al paciente. También pueden modificarse las células in vivo (Mulligan R.C., 1993; Fuchs E., y Segre J.A., 2000).

La mayor parte de los estudios que se han realizado hasta la fecha pretenden reemplazar un gen defectuoso por una copia normal; es éste el caso de enfermedades causadas por la alteración de un sólo gen; así ocurre con del gen regulador transmembrana en el epitelio respiratorio de enfermos con fibrosis quística (Knowles M.R., et al., 1995), o el gen del receptor de LDL en el hígado de pacientes con hipercolesterolemia familiar (Grossman M., et al., 1994).

También se usan estos procedimientos en terapias antitumorales en que se introducen genes capaces de producir una reacción citotóxica, como el de la timidina quinasa del virus herpes simple (Vile R.G., et al., 2000) o genes angiogénicos, como el factor de crecimiento vascular endotelial, en el tratamiento de la infarto de miocardio (Losordo D.W., et al., 1998).

Actualmente, se investigan las bases genéticas de enfermedades complejas, multigénicas, como la diabetes mellitus o la enfermedad de Alzheimer, con el fin de corregir y reemplazar las células nerviosas, o las células beta del páncreas destruidas.

Una combinación de las Terapias Génica y Celular puede ser útil para el tratamiento de algunas enfermedades. Por ejemplo, el implante de células madre de músculo esquelético, previamente modificadas genéticamente para que expresen y secreten proteínas, como la eritropoyetina o la hormona de crecimiento, permitiría un aporte estable de proteínas con capacidad terapéutica al torrente circulatorio; de igual forma células del miocardio, o del hígado, a las que se les inserta una copia del gen que tienen defectuoso pueden ser útiles en el tratamiento de pacientes con mutaciones heredadas en un gen, como la hemofilia o la distrofia muscular (Barr E. y Leiden J.M., 1991; Ye X. , et al., 1999; Bohl D., et al., 1997 ). Durante años se ha intentado introducir copias normales del gen de la distrofina para producir la proteína normal en el músculo de pacientes con distrofia muscular de Duchenne (Morgan J.E., 1994). También en el laboratorio de Kunkel se inyectaron mioblastos sanos procedentes de un familiar, pero el gen que codifica esta proteína se dejó de expresar al cabo de seis meses (Gussoni E., et al., 1997). Más recientemente este equipo ha publicado el resultado positivo de tratar ratones con este tipo de enfermedad con células madre de la médula ósea y musculares (Gussoni E., et al., 1999).

Se podría evitar, corrigiendo las células, la proliferación de las sanguíneas en leucemias. Las células madre de la médula ósea son muy aptas para la transferencia de genes: gracias a su capacidad de hematopoyésis aportarían un suministro de células sanguíneas modificadas genéticamente. Se ha descrito una proteína intracelular que estimula el crecimiento de células madre de adulto y se plantea su uso en tratamiento de tumores en que los enfermos han sufrido quimioterapia o radiación y reemplazar así su sistema inmunitario (Bhardwaj G., et al., 2001).

Otra posibilidad de terapia combinada se basa en la capacidad de las células madre de emigrar a sitios específicos. Esto permite utilizarlas también para transportar fármacos hasta diversos tejidos patológicos, o lesionados, según se comprueba en las interesantes investigaciones de Karen Aboody (Aboody K., et al., 2000) en las que inserta en células madre un gen capaz de reducir diversos tipos de tumores. Inyectando estas células madre portadoras del gen en distintos lugares del cerebro de ratas, demuestra que las células madre inyectadas emigran hacia el tumor, lo rodean y eliminan un gran número de sus células patológicas, disminuyendo así el tamaño del tumor.

Las células madre son capaces de emigrar y de diferenciarse a células del tejido correspondiente. Por ello la Terapia celular podrá llevarse además de por inclusión en el propio tejido lesionado de fracciones "sanas" de ese mismo tejido, por inclusión en el tejido dañado, o en el torrente circulatorio del paciente, de células madre de ese mismo o de otro tejido.

Con estos tratamientos se han obtenido ya resultados clínicos patentes y manifiestos en áreas como los trasplantes de médula ósea o el tratamiento de quemados con queratinocitos cultivados en el laboratorio. Es, por tanto, esperable que las estrategias derivadas de la utilización de células de adulto alcancen los objetivos que la investigación básica y clínica tiene planteados. Y es muy deseable también que los científicos sean capaces de rechazar las amplísimas ofertas financieras para producir y usar embriones humanos, o clonar al paciente, y de emplearse de lleno en las potentes reservas de células madre pluripotentes o multipotentes del organismo.

Ingeniería tisular

La conversión en cultivo de células madre obtenidas de tejido adulto hacia células de diferentes tejidos, conduce en general a una masa amorfa del nuevo tejido o a su inserción en el tejido al que se transplantan. No parece aún asequible la formación de órganos completos a partir de estas células madre (McCarty M., et al., 2000); tendrían para ello que crecer sobre un esqueleto de fibras sobre el que las células que se van generando puedan ordenarse; así se está intentando la creación de tejido cardiaco humano.

Recientemente (noviembre de 2001) la revista Nature publica un interesante trabajo de Bianco y Bobey acerca de lo que se ha denominado “ingenieria de tejidos”, a partir de células madre de adulto. La capacidad regenerativa de las células madre puede encauzarse hacia la restauración a largo plazo de la piel, o el hueso, por ejemplo.

2. Fuentes de células madre humanas de adulto

El año 1999 se ha considerado el año de reinado de las células troncales y se afirma que las células pluripotenciales adultas han "destronado" a las embrionarias en lo que se refiere a las posibilidad de su uso con fines terapéuticos (Keller G. y Snodgrass H.R., 1999; Pedersen R.A., 1999; Weissman I.L., 2000). El debate suscitado por la destrucción de embriones de los que se obtienen las células pluripotentes ha potenciado la orientación de muchos otros trabajos hacia células madre de organismos adultos.

Los primeros frutos se recogieron a principios del año 1999, cuando un grupo de científicos italianos y canadienses (Bjornson, C.R. et al., 1999), al que nos hemos referido ya, demostraron que las células madre neurales de organismos adultos son capaces de diferenciarse a células del sistema hematopoyético. Este hallazgo confirma que las señales del entorno donde se sitúan las células troncales condicionan su función futura y por ello una célula madre adulta puede abandonar su función originaria y adoptar una nueva capacidad. Por otra parte, existe también la posibilidad de transformar, desdiferenciándolas, células somáticas de adulto hasta células madre, que posteriormente pueden cultivarse para obtener células de su propio tejido o de otro. Sin embargo, las experiencias en este punto, son aún escasas.

Células madre del tejido adiposo

Hedrick y sus colegas decidieron buscar estas células en la grasa porque al igual que las troncales de la médula ósea se desarrollan a partir de la misma capa de tejido embrionario, el mesodermo, y los tejidos que tienen el mismo origen tienen propiedades comunes. Han encontrado, y aislado, abundantes células en el material que se elimina en los tratamientos de liposucción, con capacidad de diferenciarse hacia otras especializadas comparable a las embrionarias: hueso, condrocitos (células de cartílago), músculo y adipocitos maduros (Zuk P. A., et al., 2001). Para diferenciarlas a hueso las cultivaron en un medio que contiene calcio, fosfato y vitamina C. Y variando los nutrientes han sido capaces de obtener cartílago, músculo, o más células grasas. Sin duda estos trabajos puede ser un paso importante y posiblemente el primer paso para la solución de lesiones de cartílagos de pacientes utilizando su propia grasa.

Células madre del cerebro

Muchas de las enfermedades del sistema nervioso resultan de una perdida de células neuronales y las células maduras no se dividen para reemplazar las alteradas. Por ejemplo, en la enfermedad de Parkinson mueren las neuronas que producen dopamina, en la de Alzheimer las responsables de la producción de ciertos neurotransmisores; en la esclerosis lateral amiotrofica mueren las neuronas motoras que activan los músculos y en la esclerosis múltiple se pierden las células de la glía que protegen las fibras nerviosas. En las lesiones de la médula espinal, en el trauma cerebral e incluso en un infarto cerebral, mueren otros tipos de neuronas.

La posibilidad de crear tejido nervioso nuevo a partir de células madre, restaurando así las funciones neuronales, supone una esperanza de tratamiento de estas enfermedades. En el cerebro de adultos se encuentran células troncales (McKay R.D.G., 1997; Svendsen C.N., et. al., 1998), localizadas en los ventrículos laterales y en núcleo dentado del hipocampo, capaces de dividirse y de dar origen a neuronas (Doetsch F., et al., 1999).

Estas células troncales neurales responden a factores, denominados neurotropinas (Johe K. et al. 1996). Jeffrey Kocsis, de la Universidad de Yale, comprobó que en muchas ocasiones las lesiones de la médula espinal no cortan completamente a las fibras nerviosas que discurren a lo largo de toda ella, por lo que, en teoría, podrían repararse, ya que las células madre pueden migrar a lo largo de la médula espinal (Janoskuti L. et al., 2000).

Otros de los beneficiarios del tratamiento con células troncales pueden ser los pacientes que han sufrido un accidente cerebrovascular. Las células pluripotentes cerebrales se pueden regenerar, ya que están presentes en el cerebro a lo largo de toda la vida. De esta forma, la isquemia en sí misma estimula las nuevas neuronas, lo que puede ser una respuesta protectora que facilita la función de la memoria. También las células madre pueden migrar hacia regiones cerebrales puntualmente dañadas. Barbara Tate (Mitchell J.K., et al., 2001), ha comprobado en ratas con Alzehemier experimental, que las células madre inyectadas se desplazan hasta la parte del cerebro lesionada, depositándose sobre la placa de Alzeheimer, al igual que en los experimentos con animales; estos datos sugieren que estas células madre neurales podrán ser útiles para reparar lesiones cerebrales como la esclerosis múltiple que entrañan disfunciones globales del cerebro y no sólo enfermedades como el Parkinson debidas a alteraciones localizadas.

La cantidad y la localización cerebral de estas células madre suponen una limitación para su uso terapéutico; sin embargo existen otras fuentes de células madre humanas, como la médula ósea, y que son capaces de reprogramarse en el laboratorio para dar células nerviosas inmaduras. También las células troncales, obtenidas de cerebros de personas muertas y cultivadas in vitro (Palmer T.D. et al., 2001), son una nueva fuente potencial para el tratamiento del Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas.

Las células madre neurales presentan un gran potencial en tratamientos antitumorales como vehículo capaz de alcanzar el cerebro de genes adecuados. Así, transfectadas con el gen que codifica la IL-4 se han transferido a ratones con gliomas (Benedetti S., et al., 2000).

Otros trabajos se han dirigido a restaurar el cerebro, haciendo proliferar y diferenciarse in situ las células madre neurales. La simple adición de un factor de crecimiento las estimular (Kondo T. y Raff M., 2000; Tuszynski, 2000); y de esta forma los investigadores esperan aportar los componentes colinérgicos de las neuronas perdidas en los enfermos de Alzheimer. Otro trabajo (Fallon J. et al., 2000) muestra que la infusión del factor denominado factor de crecimiento transformante (alfa-TGF) a ratas con la enfermedad similar a Parkinson induce una proliferación rápida de células madre neurales, seguida de su migración y diferenciación a neuronas; las ratas tratadas muestran un descenso de los síntomas. Se está tratando además de conseguir un incremento de la supervivencia de las células transplantadas inhibiendo el proceso de muerte programada (Schierle, G.S. et al., 1999).

Estos datos predicen una estrategia alternativa a los transplantes celulares como metodología para tratar las enfermedades neurodegenerativas. Se ha descrito además que los oligodendrocitos pueden ser reprogramados, dando lugar a células madre neurales adultas progenitoras que generan los múltiples tipos celulares del cerebro (Kondo T. y Raff. M., 2000).

Células madre neurales del bulbo olfatorio

En 1992, Reynolds y Weiss describieron la presencia de una zona de células madre neurales durante el desarrollo del cerebro de roedores; es una zona de intensa proliferación y la progenie de células madre en parte muere y otra parte da lugar a progenitores neuronales que migran hacia el bulbo olfatorio. Se han identificado y aislado células madre en ratón, que se han diferenciado a neuronas y propagado en cultivos durante varios meses. También se han aislado células madre derivadas del bulbo olfatorio de hombre adulto que han crecido y establecido una línea celular troncal neural (Giombimid S., et al., 2000).

Estas células se diferencian para dar los tres tipos clásicos de células nerviosas (neuronas, astrocitos, y oligodendrocito), en respuesta a factores de crecimiento. El descubrimiento de una intensa regeneración potencial del bulbo olfatorio y la posibilidad de expandir células madre neurales autólogas ofrecen una fuente excelente de células para transplante en terapias dirigidas a varias enfermedades neurodegenerativas, mediante una simple bulbotomía parcial: Alzheimer, esclerosis multiple, Parkinson, lesiones cerebrales.

Estas células madre podrían obtenerse también de personas muertas (Roisen F. et al., 2001; Liu N. et al., 1998) y posteriormente inducir su expansión y diferenciación in vitro para aportar neuronas, transplantables a pacientes.

Células troncales en el ojo: cornea y retina

En los años 1980 se encontraron células troncales en la cornea, en el área llamada limbus, en la intersección entre la superficie externa del ojo, la cornea, y la superficie del globo ocular al interior. El transplante de células madre limbales, en que una pequeña muestra del ojo del paciente en buen estado, o de un donante no relacionado con él, puede restaurar la visión perdida por agentes químicos o enfermedades (Chuck R. et al., 2001). Como muestran los trabajos de Chuck este transplante de células madre a la cornea ha corregido en muchos pacientes la enfermedad conocida como síndrome de Stevens-Johnson, que cursa con ceguera. Pacientes con problemas de retina necesitaran transplantes de células troncales y/o activación de sus propias células con factores de crecimiento. En ratas se han aislado ya células madre de la retina (Ahmad I., et al., 1998) lo que representa un signo positivo de las posibilidades de regeneración retinal.

Células madre en el folículo del pelo y de la pie

Las células madre epiteliales son células progenitoras primitivas que permiten el continuo recambio de la piel humana a lo largo de la vida. El 90% de la piel está cubierta de pelo. En el folículo del pelo existen células madre (Sun T.T., y Lavker R., 2001), que podrán ser excelentes dianas para terapias génicas en enfermedades de la piel como la alopecia. Y la terapia génica que modifique estas células podría tener un papel en tratamientos antitumorales y también para combatir enfermedades como la psoriasis.

Células troncales en el páncreas de animales

La diabetes juvenil (tipo 1) es una enfermedad autoinmune caracterizada por la destrucción de las células del páncreas productoras de insulina. Se han hecho esfuerzos por lograr transplantes de islotes pancreáticos beta para restaurar la producción y secreción de la hormona, pero están limitados tanto por el número de donantes como por la toxicidad de los tratamientos inmunosupresores requeridos para evitar el rechazo. Se han descubierto células madre que pueden generar células productoras de insulina. Las precursoras de los islotes existen solamente en los conductor pancreáticos y cuando se exponen al estimulo de factores de crecimiento, pueden diferenciarse en nuevas células de islotes que pueden migrar (Zulewski H. et al., 2001).

Células musculares inmaduras

Un especial interés tiene la obtención de células musculares. El equipo de Vescovi en el año 2000, ha demostrado que el aislamiento y clonación de células madre nerviosas derivadas de ratones y humanos podría producir celulas musculares inmaduras in vitro e in vivo y que después los miocitos pueden trasplantarse en animales adultos. Precisamente se ha demostrado que las células madre de adulto y no justamente las embrionarias pueden diferenciarse a células de músculo cardiaco incluso en venas en ratón (Orlic D., et al., 2000). Cuando los mioblastos esqueléticos se inyectan en músculo cardiaco de un animal que ha sufrido un ataque cardiaco las células madres significativamente inducen la función cardiaca y la capacidad de ejercicio.

Las células troncales (especialmente las de la médula ósea) podrían ser utilizadas para prevenir o incluso reparar alteraciones del corazón en personas que han sufrido un ataque o un infarto de miocardio; la inyección de células troncales de este origen les permite llegar al corazón y vasos del animal con lesiones de corazón y revierten estas alteraciones. En el trabajo citado se ha comprobado que las señales para esa diferenciación están presentes en los músculos adultos, lo que sugiere que los tejidos adultos contienen la información necesaria para instruir a las células trasplantadas a que adopten las características apropiadas para la nueva localización.

Se ha conseguido que células de músculo inmaduras, trasplantadas a un tejido muscular dañado, se transforman en células musculares adultas sanas fusionándose con las originales dañadas y regenerándolas (Beauchamp J.R. et al., 1999).

Se ha realizado ya (Menasche P., et al., 2001) la primera experiencia clínica de trasplante autólogo de mioblastos en un paciente de 72 años con isquémia cardiaca por una coronariopatía. Los mioblastos se cultivaron en el laboratorio durante 2 semanas y al mes de trasplantarlos se comprobó que la situación clínica había mejorado seguramente por reposición a partir de los mioblastos trasplantados de las células cardiacas dañadas.




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