Cancer Stem Cell Markers: Identification and Functional Validation

Marcadores de células madre cancerosas: identificación y validación funcional

La hipótesis de las células madre cancerosas (CSC) propone que los tumores contienen poblaciones celulares organizadas jerárquicamente, en las que un pequeño subconjunto de células posee propiedades similares a las de las células madre, entre ellas la autorrenovación, la capacidad de diferenciación y la capacidad de iniciar tumores. La identificación de marcadores que distingan de manera confiable a las CSC del conjunto de las células tumorales tiene profundas implicaciones para comprender la biología tumoral, predecir la resistencia al tratamiento y desarrollar terapias dirigidas a la raíz del crecimiento y la recurrencia tumoral. La identificación y la validación funcional rigurosa de los marcadores de CSC siguen siendo esenciales para avanzar en este campo hacia la aplicación clínica.

Identificación de células madre cancerosas (CSC) basada en marcadores de superficie

El CD44 representa uno de los marcadores de CSC más utilizados en diversos tipos de tumores. Esta glicoproteína de superficie celular funciona como receptor del ácido hialurónico y participa en la adhesión, la migración y la señalización celular. Las células CD44⁺ muestran una mayor capacidad tumorigénica en el cáncer de mama, de cabeza y cuello, de páncreas y otros tipos de cáncer. Las isoformas variantes (CD44v) generadas por el empalme alternativo distinguen aún más a las poblaciones de CSC en algunos contextos.

El CD133 (Prominina-1) se identificó inicialmente como un marcador de células madre hematopoyéticas y posteriormente se reconoció como marcador de las CSC en tumores cerebrales, cáncer colorrectal y otras neoplasias malignas. Las células CD133⁺ del glioblastoma muestran una mayor capacidad de autorrenovación, formación de neuroesferas y de iniciar tumores. Sin embargo, la expresión de CD133 puede variar según las condiciones de cultivo y es posible que no distinga universalmente a las CSC en todos los tipos de tumores.

El fenotipo CD44⁺/CD24ˡᵒʷ⁻ identifica a las células madre del cáncer de mama con una mayor formación de mamosferas y capacidad de iniciar tumores en xenoinjertos. Esta combinación de marcadores distingue a las CSC de manera más eficaz que cualquiera de los marcadores por sí solo, lo que ilustra el valor de las estrategias de marcadores combinatorios. Sin embargo, los fenotipos de las CSC pueden variar entre los subtipos de cáncer de mama, lo que requiere una validación de los marcadores específica para cada subtipo.

Enfoques basados en marcadores funcionales

La actividad de la ALDH (aldehído deshidrogenasa), medida mediante el ensayo ALDEFLUOR, proporciona un marcador funcional de las CSC independiente del fenotipo de superficie. Las células ^{con alta expresión de} ALDH (ALDH^high) muestran una mayor capacidad de iniciación tumoral, autorrenovación y resistencia al tratamiento en múltiples tipos de cáncer, incluyendo el de mama, el de pulmón y las neoplasias hematológicas. La ALDH se combina con marcadores de superficie para mejorar el enriquecimiento de las CSC.

Las células de la población lateral (SP), identificadas por la expulsión del colorante Hoechst 33342, representan otro marcador funcional de las CSC. Estas células expresan transportadores del tipo «cassette» de unión al ATP que expulsan el colorante que se une al ADN, creando una población «lateral» distintiva en los gráficos de citometría de flujo. Las células SP muestran una mayor capacidad de iniciación tumoral y resistencia al tratamiento, y su actividad de expulsión de fármacos podría contribuir a la resistencia a la quimioterapia.

La capacidad de formar esferas en condiciones no adherentes y sin suero proporciona un ensayo sustitutivo de la autorrenovación. Los cultivos de esferas tumorales enriquecen las células que expresan marcadores de CSC y demuestran una mayor tumorigénesis. Los pases seriados de esferas seleccionan aún más las CSC autorrenovables y proporcionan una evaluación cuantitativa de la frecuencia de células madre mediante el análisis de dilución limitante.

Marcadores de CSC específicos del tumor

Las células madre tumorales cerebrales se identifican por la expresión de CD133, nestina y Sox2, lo que refleja las propiedades de las células madre neurales. El CD15 (SSEA-1) marca un subconjunto de células madre del glioblastoma, mientras que el CD49f identifica células de tipo madre en gliomas agresivos. La superposición entre los marcadores de células madre neurales y los marcadores de CSC de tumores cerebrales refleja la posible célula de origen de estas neoplasias malignas.

Las células madre del cáncer colorrectal expresan combinaciones de CD133, CD44 y EpCAM. Lgr5, un gen diana de Wnt que marca a las células madre intestinales, identifica a las CSC en el cáncer colorrectal con una mayor capacidad de iniciar tumores. La identificación de las CSC Lgr5⁺ sugiere que las CSC colorrectales podrían surgir a partir de células madre intestinales normales que adquieren mutaciones oncogénicas.

Las células madre leucémicas (LSC) en la leucemia mieloide aguda (LMA) residen dentro de la población CD34⁺CD38⁻, que se asemeja a las células madre hematopoyéticas normales. Las células HL-60 proporcionan modelos de leucemia promielocítica aguda, mientras que las células K562 representan la leucemia mieloide crónica con una jerarquía impulsada por BCR-ABL. Las células Jurkat permiten realizar estudios de CSC en la leucemia linfoblástica aguda de células T.

Validación funcional mediante xenotransplante

El estándar de referencia para la validación de las CSC es la iniciación tumoral en ratones inmunodeficientes. Los ensayos de trasplante por dilución limitante cuantifican la frecuencia de las células iniciadoras de tumores dentro de poblaciones definidas por marcadores. Las fracciones enriquecidas con CSC inician tumores con un número menor de células que las células tumorales a granel, lo que demuestra una mayor capacidad de iniciación tumoral. Esta diferencia en la frecuencia establece evidencia funcional del enriquecimiento de CSC mediante marcadores candidatos.

El trasplante en serie proporciona evidencia de la capacidad de autorrenovación. Los tumores iniciados a partir de poblaciones de CSC se vuelven a clasificar y se trasplantan nuevamente para demostrar que las CSC se regeneran a sí mismas y reconstituyen la heterogeneidad tumoral. La iniciación tumoral sostenida a lo largo de múltiples generaciones de trasplantes confirma la autorrenovación a largo plazo, lo que distingue a las verdaderas CSC de los progenitores en amplificación de tránsito.

La capacidad de diferenciación se evalúa demostrando que los tumores iniciados por las CSC contienen células que carecen de marcadores de CSC. La reconstitución de la heterogeneidad fenotípica a partir de poblaciones purificadas de CSC confirma la capacidad de diferenciación. El rastreo de linaje mediante sistemas de marcaje genético proporciona evidencia complementaria de la diferenciación de las CSC en tumores establecidos.

Publicado: 2023 | Última revisión: mayo de 2026

Tecnologías de célula única y heterogeneidad de las CSC

La secuenciación de ARN unicelular revela una heterogeneidad transcriptómica dentro de las poblaciones de CSC que el análisis global no permite detectar. El análisis computacional de trayectorias identifica las vías de diferenciación y los estados intermedios entre las CSC y su progenie diferenciada. Estos análisis revelan que los estados de las CSC existen en un continuo, en lugar de como fenotipos discretos y estables.

La plasticidad entre los estados de CSC y no CSC pone en tela de juicio las definiciones estáticas de las CSC basadas en marcadores. Las células no CSC pueden convertirse en CSC bajo condiciones adecuadas, incluyendo señales del microambiente y estrés terapéutico. Esta plasticidad implica que la erradicación completa del tumor puede requerir abordar tanto las CSC existentes como las fuentes potenciales de regeneración de CSC.

La transcriptómica espacial localiza las CSC dentro de la arquitectura tumoral, revelando una distribución de las CSC dependiente del nicho. Los nichos perivasculares, las regiones hipóxicas y las interfaces entre el tumor y el estroma albergan poblaciones de CSC influenciadas por factores locales del microambiente. Comprender las contribuciones del nicho al mantenimiento de las CSC permite diseñar estrategias para interrumpir el soporte de las CSC.

Marcadores de las CSC y resistencia terapéutica

Las poblaciones de CSC muestran una mayor resistencia a la quimioterapia y la radiación convencionales a través de múltiples mecanismos, entre los que se incluyen el eflujo de fármacos, la reparación mejorada del ADN, la quiescencia y la señalización antiapoptótica. Las poblaciones con altos niveles de marcadores de CSC sobreviven a la terapia citotóxica y potencialmente impulsan la recurrencia del tumor. Esta resistencia a la terapia proporciona una validación funcional adicional de la identidad de las CSC.

Las terapias dirigidas contra marcadores de CSC o vías enriquecidas en CSC tienen como objetivo eliminar las células iniciadoras de tumores. Los anticuerpos anti-CD44, los enfoques dirigidos contra CD133 y los inhibidores de ALDH han entrado en la fase de desarrollo preclínico y clínico temprano. Las terapias de diferenciación que obligan a las CSC a adoptar fenotipos no tumorigénicos representan una estrategia alternativa.

Las líneas celulares de tumores sólidos proporcionan modelos para la investigación de las CSC y el desarrollo de terapias. Las células HCT116 permiten realizar estudios sobre las CSC del cáncer colorrectal, mientras que las células A549 y NCI-H460 sirven de base para la investigación de las CSC del cáncer de pulmón. Las células U87MG proporcionan modelos de CSC de glioblastoma para estudios de tumores cerebrales.

Control de calidad y estandarización

Los protocolos estandarizados de citometría de flujo garantizan un análisis reproducible de los marcadores de las CSC. El uso consistente de clones de anticuerpos, conjugados de fluorocromos y estrategias de selección permite la comparación entre estudios. La inclusión de controles apropiados, incluyendo controles de isotipo y controles de «fluorescencia menos uno» (FMO), asegura la identificación precisa de las poblaciones positivas para los marcadores.

La autenticación de las líneas celulares confirma su identidad antes de los estudios de marcadores de CSC. Las pruebas de micoplasma previenen la contaminación que altera la expresión de los marcadores de CSC y sus propiedades funcionales. El medio de congelación CM-1 permite almacenar poblaciones enriquecidas con CSC para estudios longitudinales.

Conclusión

La identificación de marcadores de células madre cancerosas sigue siendo esencial para comprender la jerarquía tumoral, predecir la respuesta al tratamiento y desarrollar terapias dirigidas a las CSC. Si bien se han propuesto numerosos marcadores para distintos tipos de tumores, la validación funcional rigurosa mediante trasplante por dilución limitante, pases seriados y evaluación de la diferenciación establece la verdadera identidad de las CSC. Las tecnologías de célula única revelan una heterogeneidad y plasticidad de las CSC que antes no se apreciaban, lo que pone en tela de juicio las definiciones estáticas de las CSC basadas en marcadores. La integración del aislamiento basado en marcadores con la caracterización funcional y molecular proporciona el enfoque integral necesario para traducir la biología de las CSC en un mejor tratamiento contra el cáncer.