¿Qué es la Gelatina de Wharton?
La Gelatina de Wharton es un tejido conectivo gelatinoso especializado que se encuentra en el cordón umbilical de los mamíferos, incluidos los seres humanos. Este tejido es fundamental para proteger y sostener los vasos sanguíneos umbilicales, garantizando el transporte eficiente de oxígeno y nutrientes entre la madre y el feto durante el embarazo. La estructura de la Gelatina de Wharton está diseñada para cumplir funciones de soporte y protección. El cordón umbilical es un órgano temporal que conecta la placenta con el feto, y la Gelatina de Wharton constituye la mayor parte de su estructura, envolviendo las dos arterias umbilicales y la vena umbilical.
En la medicina moderna, la Gelatina de Wharton ha ganado atención debido a su contenido en células madre y sus propiedades regenerativas.
Composición Bioquímica Detallada
La Gelatina de Wharton es una sustancia biológica compleja caracterizada por contener un número muy bajo de células y, sin embargo, una gran cantidad de matriz extracelular, compuesta principalmente por colágeno y glucosaminoglucanos (GAG). Las células presentes en la Gelatina de Wharton, principalmente fibroblastos, están muy estimuladas y son capaces de producir altos niveles de esta matriz.
Glucosaminoglucanos (GAGs) y Proteoglicanos
Los glucosaminoglucanos (GAG), también denominados mucopolisacáridos, son heteropolisacáridos que se encuentran en los organismos unidos a un núcleo proteico formando macromoléculas denominadas proteoglicanos. Cumplen funciones cruciales en las interacciones que se producen entre las células y entre las células y la matriz extracelular. Se encuentran en forma sulfatada y no sulfatada, y la característica común de estas moléculas es su composición en una secuencia repetida de disacáridos formada por dos azúcares distintos: uno de ellos es habitualmente un hexuronato, mientras que el otro es una hexosamina. La variación configuracional en la unión de los disacáridos y la posición de la sulfatación lleva a un incremento de la diversidad en las propiedades físicas y químicas de estas cadenas.
En el cordón umbilical, una de las funciones más importantes de los GAG es proporcionar fuerza, elasticidad y resistencia para proteger el sistema vascular que se encuentra en su interior de las agresiones externas. De hecho, la síntesis deficitaria de estas moléculas es la causante de patologías importantes desarrolladas durante el embarazo.
Ácido Hialurónico
El ácido hialurónico es el GAG más abundante de la Gelatina de Wharton y el único miembro no sulfatado de la familia de GAG que funciona in vivo como un hidrato de carbono libre. Su estructura consiste en repeticiones de un disacárido: ácido D-glucurónico y N-acetil-D-glucosamina. Es un polímero lineal, grande y polianiónico, y una sola molécula puede tener un peso molecular de 100.000 a 5.106 Da. Se sintetiza en varios tipos de células y se secreta al espacio extracelular, donde interactúa con otros componentes de la matriz extracelular, creando la estructura de soporte y protección que rodea a las células.
El ácido hialurónico adopta una estructura en espiral que ocupa un gran volumen, dando lugar a soluciones de alta viscosidad. Las moléculas individuales de ácido hialurónico se asocian entre ellas formando redes o entramados. Este GAG ha sido implicado en diversos procesos, tales como vascularización, morfogénesis, reparación e integridad general de la matriz extracelular. Se sabe que el ácido hialurónico contenido en gran cantidad en el líquido amniótico favorece la reparación de las heridas fetales.
Otros GAGs Relevantes
- Condroitín sulfato: Es un polímero lineal formado por la repetición de un dímero de ácido D-glucurónico y N-acetilgalactosamina. Su utilidad ha sido probada en terapias dirigidas a combatir artropatías.
- Heparina: Los glucosaminoglucanos, en general, y en particular la heparina, tienen la capacidad de modular la actividad de las cascadas plasmáticas, potenciando la inhibición de la vía intrínseca de la coagulación e inhibiendo la vía clásica de activación del complemento en diversos puntos.
- Heparán sulfato: Tiene una estructura muy relacionada con la heparina y se distribuye ampliamente en los tejidos animales. Entre sus funciones destacan la adhesión celular y la regulación de la proliferación celular.
El cordón umbilical contiene grandes cantidades de GAG (sulfatados y no sulfatados) formando parte de la Gelatina de Wharton. Además del ácido hialurónico, que es el principal GAG no sulfatado, se detectan proporciones menores de GAG sulfatados. Estudios histológicos también han sugerido la presencia de heparina.
Factores de Crecimiento
En la Gelatina de Wharton se acumulan grandes cantidades de factores de crecimiento, entre los que se encuentran el factor de crecimiento transformante beta (TGF-β), el factor de crecimiento insulínico de tipo 1 (IGF-I), el factor de crecimiento fibroblástico (FGF), el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF). Estos factores de crecimiento ejercen su papel regulador de la actividad celular mediante la unión a receptores específicos, algunos de los cuales se encuentran en los diversos GAG que componen la Gelatina de Wharton. Controlan la proliferación, diferenciación y síntesis celular, así como el remodelado de la matriz extracelular que forma la Gelatina de Wharton.
Propiedades y Aplicaciones en Medicina Regenerativa
La Gelatina de Wharton y sus componentes son de gran interés en el ámbito de la medicina regenerativa por sus singulares propiedades.
Células Madre Mesenquimales de la Gelatina de Wharton (HWJSC)
La Gelatina de Wharton es especial por su alto contenido de células madre mesenquimales (HWJSC), las cuales se encuentran entre las células madre más potentes y ricas en propiedades regenerativas. Estas células se extraen del cordón umbilical, generalmente donado por una madre sana de un bebé a término.
Las HWJSC se han sugerido como una novedosa posibilidad para el tratamiento de diferentes patologías, gracias a sus propiedades inmunomoduladoras, a su capacidad de transdiferenciación en los tres linajes embrionarios, a su alta tasa de expansión, y a su fácil obtención. Estas propiedades las convierten en una fuente de células madre idónea para su utilización en protocolos de ingeniería tisular, demostrando su utilidad en la construcción de diversos tejidos como córnea y piel. Una vez inyectadas en el cuerpo, tienen la capacidad de transformarse en células necesarias para reparar el tejido dañado y aliviar la inflamación. Poseen potentes propiedades regenerativas que ayudan a reconstruir la parte lesionada del cuerpo y proporcionan un alivio natural del dolor de larga duración.
La Gelatina de Wharton se recomienda para pacientes con enfermedades degenerativas y lesiones musculoesqueléticas. Este tipo de tratamiento con células madre es relativamente indoloro, las inyecciones son prácticamente indoloras y no se conocen efectos secundarios negativos. Los pacientes generalmente pueden retomar sus actividades favoritas de inmediato.
Biomateriales Basados en Gelatina de Wharton
En el campo de la medicina regenerativa, se ha desarrollado un biomaterial, específicamente un hidrogel, a partir de la matriz extracelular de la Gelatina de Wharton para diversas aplicaciones. Los biomateriales formados por polímeros juegan un papel central en medicina regenerativa ya que proporcionan anclajes temporales tridimensionales para la adhesión, la proliferación y la diferenciación de células trasplantadas. Este carácter tridimensional proporciona una plataforma adecuada para la comunicación intercelular y la relación de las células con los componentes del biomaterial.
Los hidrogeles son estructuras formadas por polímeros hidrófilos de origen natural o sintético interconectados, con capacidad de contener una gran cantidad de agua en el interior de su estructura. Estos geles exhiben una morfología semisólida cuyo entramado tridimensional se presenta como candidato ideal para formar una matriz estructural capaz de actuar como soporte. Esta estructura tridimensional puede estar formada por reticulación tanto física como química; la reticulación física produce hidrogeles reversibles, mientras que la química produce hidrogeles permanentes. Una de sus propiedades clave es su carácter hidrófilo, debido a la presencia en su estructura de grupos solubles en agua (-OH, -COOH, -CONH2, -CONH, SO3H), lo que les permite hincharse en presencia de agua o soluciones acuosas, aumentando considerablemente su volumen sin perder su forma. Esta capacidad proporciona un microambiente acuoso comparable al que se ven sometidas las células en tejidos blandos.
Un tipo particular de biomaterial innovador se enfoca en los glucosaminoglucanos localizados en la Gelatina de Wharton del cordón umbilical humano, sin membrana ni vasos sanguíneos, que puede formar un hidrogel adaptado a necesidades específicas de viscosidad. Este biomaterial se compone exclusivamente de los GAG que conforman la matriz extracelular de la Gelatina de Wharton. Se distingue por su composición única, que incluye una combinación específica de diversos GAG provenientes de la Gelatina de Wharton. De forma mayoritaria está compuesto por ácido hialurónico, pero además, contiene dermatán sulfato, heparán sulfato, heparina, queratán sulfato, condroitín-4-sulfato y condroitín-6-sulfato. Esta combinación mejora la bioactividad del biomaterial, puesto que cada GAG ejerce funciones reguladoras del comportamiento celular.
Este tipo de hidrogel se formula como un extracto acuoso de GAG obtenidos exclusivamente de la Gelatina de Wharton del cordón umbilical. Una característica distintiva es que está completamente exento de las células, membrana y vasos sanguíneos del cordón umbilical humano, lo que le confiere la ventaja de no presentar componentes inmunogénicos. El biomaterial resultante puede estar compuesto por este hidrogel y, opcionalmente, contener células. De esta manera, se potencia la acción del hidrogel en el proceso regenerativo y de reparación tisular en aquellos tejidos muy dañados o sin posibilidad de aporte celular in situ por parte del paciente, gracias a que el biomaterial presenta células sanas del mismo tipo que las del tejido afectado.
Proceso de Aislamiento de la Gelatina de Wharton para Biomateriales
Para obtener exclusivamente la Gelatina de Wharton y sus componentes para biomateriales, se sigue un cuidadoso proceso. El cordón umbilical consta estructuralmente de dos arterias umbilicales y una vena umbilical, sostenidas por una matriz consistente que es la Gelatina de Wharton y recubierto de una fina membrana. Para su procesamiento, el cordón umbilical se mantiene preferentemente en condiciones estériles. Una vez limpia de sangre su superficie, se transfiere a una placa de Petri y se fragmenta en secciones de 1-2 cm.
Para obtener exclusivamente la Gelatina de Wharton, se procede a eliminar de forma mecánica la membrana y los vasos sanguíneos. Para ello, se seccionan longitudinalmente los fragmentos de cordón umbilical y, con la ayuda de un escalpelo y unas pinzas, se retiran con cuidado tanto la membrana como los vasos sanguíneos. La sustancia gelatinosa que se obtiene como consecuencia de esta separación mecánica es la Gelatina de Wharton. Para la preparación de las células madre mesenquimales de la Gelatina de Wharton (HWJSC), se obtienen pequeños fragmentos de cordón umbilical y se someten a digestión enzimática con colagenasa tipo I y tripsina.
En el caso de la obtención de GAG puros, una vez digerida la Gelatina de Wharton, se centrifuga para eliminar el residuo inservible de la digestión. Posteriormente, los GAG de la Gelatina de Wharton se precipitan con volúmenes de etanol al 100%, lo que permite separar los GAG de la muestra, así como las sales presentes.
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