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célula madre (n.)

célula progenitora

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Célula madre

                   
  Células madre embrionarias de ratón teñidas con un marcador fluorescente verde. NSF.

Una célula madre es una célula que tiene la capacidad de autorrenovarse mediante divisiones mitóticas o bien de continuar la vía de diferenciación para la que está programada y, por lo tanto, producir células de uno o más tejidos maduros, funcionales y plenamente diferenciados en función de su grado de multipotencialidad.[1]

Contenido

  Generalidades

Estas células tienen la capacidad de dividirse sin perder sus propiedades y pueden diferenciarse en otras células. La mayoría de los tejidos de un individuo adulto poseen una población específica propia de células madre que permiten su renovación periódica o su regeneración cuando se produce algún daño tisular. Algunas células madre adultas son capaces de diferenciarse en más de un tipo celular como las células madre mesenquimales y las células madre hematopoyéticas, mientras que otras son precursoras directas de las células del tejido en el que se encuentran, como por ejemplo las células madre de la piel o las células madre gonadales (células madre germinales). Es común que en documentos especializados se las denomine stem cells, en inglés, donde stem significa tronco, traduciéndolo lo más a menudo como «células troncales».

Las células madre embrionarias son aquellas que forman parte de la masa celular interna de un embrión de 4-5 días de edad. Éstas son pluripotentes lo cual significa que pueden dar origen a las tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo. Una característica fundamental de las células madre embrionarias es que pueden mantenerse (en el embrión o en determinadas condiciones de cultivo) de forma indefinida, formando al dividirse una célula idéntica a ellas mismas, y manteniendo una población estable de células madre. Existen técnicas experimentales donde se pueden obtener células madre embrionarias sin que esto implique la destrucción del embrión. Son células indiferenciadas que tienen la capacidad de dividirse indefinidamente sin perder sus propiedades.

  Tipos de células madre

Existen cuatro tipos de células madre:

  • Las células madre totipotentes pueden crecer y formar un organismo completo, tanto los componentes embrionarios (como por ejemplo, las tres capas embrionarias, el linaje germinal y los tejidos que darán lugar al saco vitelino), como los extraembrionarios (como la placenta). Es decir, pueden formar todos los tipos celulares.
  • Las células madre pluripotentes no pueden formar un organismo completo, pero sí cualquier otro tipo de célula correspondiente a los tres linajes embrionarios (endodermo, ectodermo y mesodermo), así como el germinal y el saco vitelino. Pueden, por tanto, formar linajes celulares.
  • Las células madre unipotentes pueden formar únicamente un tipo de célula en particular.

  Fuentes de células madre

Existen diferentes tipos de células madre, aunque las más empleadas en biología son las células madre embrionarias y las adultas:

  • Células madre embrionarias (pluripotentes): Generalmente se obtienen de la masa celular interna del blastocisto. El blastocisto está formado por una capa externa denominada trofoblasto, formada por unas 70 células, y una masa celular interna constituida por unas 30 células que son las células madre embrionarias que tienen la capacidad de diferenciarse en todos los tipos celulares que aparecen en el organismo adulto, dando lugar a los tejidos y órganos. En la actualidad se utilizan como modelo para estudiar el desarrollo embrionario y para entender cuáles son los mecanismos y las señales que permiten a una célula pluripotente llegar a formar cualquier célula plenamente diferenciada del organismo. Asimismo, están comenzando a ser utilizadas con éxito en terapias biomédicas.
  • Células madre germinales: Se trata de células madre embrionarias pluripotenciales que se derivan de los esbozos gonadales del embrión. Estos esbozos gonadales se encuentran en una zona específica del embrión denominada cresta gonadal, que dará lugar a los óvulos y espermatozoides. Tienen una capacidad de diferenciación similar a las de las células madre embrionarias, pero su aislamiento resulta más difícil.
  • Células madre fetales: Estas células madre aparecen en órganos fetales como,hígado, pulmón y poseen características similares a sus homólogas en tejidos adultos, aunque parecen mostrar mayor capacidad de expansión y diferenciación. Su procedencia no está del todo clara. Podrían tener origen embrionario o bien tratarse de nuevas oleadas de progenitores sin relación con las células madre embrionarias.
  • Células madre adultas: Son células no diferenciadas que se encuentran en tejidos y órganos adultos y que poseen la capacidad de diferenciarse para dar lugar a células adultas del tejido en el que se encuentran, por lo tanto se consideran' células multipotenciales. En un individuo adulto se conocen hasta ahora alrededor de 20 tipos distintos de células madre, que y por lo tanto las células madre son unas células que se regeneran con el tejido son las encargadas de regenerar tejidos en continuo desgaste (como la piel o la sangre) o dañados (como el hígado). Su capacidad es más limitada para generar células especializadas. Las células madre hematopoyéticas de médula ósea (encargadas de la formación de la sangre) son las más conocidas y empleadas en la clínica desde hace tiempo. En la misma médula, aunque también en sangre del cordón umbilical, en sangre periférica y en la grasa corporal se ha encontrado otro tipo de célula madre, denominada mesenquimal que puede diferenciarse en numerosos tipos de células de los tres derivados embrionarios (musculares, vasculares, nerviosas, hematopoyéticas, óseas, etc). Aunque aún no se ha podido determinar su relevancia fisiológica se están realizando abundantes ensayos clínicos para sustituir tejidos dañados (corazón) por derivados de estas células.

La célula madre por excelencia es el cigoto, formado cuando un óvulo es fecundado por un espermatozoide. El cigoto es totipotente, es decir, puede dar lugar a todas las células del feto y a la parte embrionaria de la placenta.

Conforme el embrión se va desarrollando, sus células van perdiendo esta propiedad (totipotencia) de forma progresiva, llegando a la fase de blástula o blastocisto en la que contiene células pluripotentes (células madre embrionarias) capaces de diferenciarse en cualquier célula del organismo salvo las de la parte embrionaria de la placenta. Conforme avanza el desarrollo embrionario se forman diferentes poblaciones de células madre con una potencialidad de regenerar tejidos cada vez más restringida y que en la edad adulta se encuentran en "nichos" en algunos tejidos del organismo.

Recientes investigaciones lograron, mediante partenogénesis, activar óvulos humanos no fecundados, lo cual podría ser en futuro próximo una fuente de células embrionarias, sin controversias éticas para la consecución de células madre.[cita requerida]

  Métodos de obtención de células madre

Existen diferentes técnicas para la obtención directa de células madre embrionarias y técnicas basadas en la reprogramación celular:

  • Embriones crioconservados: La criopreservación o crioconservación es un método que utiliza nitrógeno líquido (-196 °C) para detener todas las funciones celulares y así poderlas conservar durante años. Estos embriones son procedentes de los tratamientos de reproducción humana asistida, que cuando se fecundan más de los necesarios pueden ser donados por los pacientes que se someten a este tratamiento. Estos embriones criopreservados en fase de blastocisto pueden conservarse durante cinco años, según lo reglamenta el R.D. 413/1996 [2].
  • Blastómeros individuales: Con esta técnica, probada primero en ratones y después en humanos, se consigue no destruir el embrión. Se utilizaron óvulos fecundados de ratón que se dejaron crecer hasta que tuviesen de 8 a 10 células. una de estas células se extrae y se cultiva. Con esta técnica se ha logrado obtener dos líneas celulares estables que mostraban un cariotipo normal y presentaban marcadores característicos de pluripotencialidad. El embrión del que se obtiene esta célula es completamente viable por lo que se puede implantar en un útero y seguir un desarrollo normal.
  • Activación de ovocitos por transferencia nuclear somática: consiste en extraer un núcleo de un óvulo no fertilizado y sustituirlos por el núcleo de una célula somática adulta. Al encontrarse en un ambiente propicio, el citoplasma del óvulo, este núcleo es capaz de reprogramarse. Una ventaja de esta técnica es obtener células madre que contengan la misma dotación genética que el paciente y evitar así problemas de rechazo. Esta técnica sólo se ha realizado en animales, no en humanos. Las mutaciones producidas en el ADN de estas células adultas hace que se produzcan problemas durante la desdiferenciación.
  • Partenogénesis: Este proceso reproductivo no se da en mamíferos. Sin embargo, la partenogénesis puede ser inducida en mamíferos mediante métodos químicos o físicos in vitro. Como resultado de esta activación, se obtiene una masa celular denominada partenote de las que se pueden aislar células pluripotenciales. Esta técnica sólo es aplicable en mujeres.

  Células iPS: induced pluripotent stem cells

Investigaciones recientes llevadas a cabo por el doctor Shin'ya Yamanaka, de la Universidad de Kyoto, han demostrado que es posible desdiferenciar células adultas hasta células madre mediante el tratamiento con factores de transcripción insertados en las células mediante retrovirus. Este procedimiento, conocido como Reprogramación celular, facilitaría obtener células madre de cualquier individuo en cualquier momento, aunque se han detectado posibles efectos colaterales.

De entre los retos que aún tienen que superar las iPSCs destacan el hecho de que son equivalentes a terapia génica, la inserción de los virus puede estar asociada a tumores, problemas de reactivación de oncogenes y la escasa generación de iPSCs con un gran coste asociado.

  Reprogramación nuclear

Procedimiento que cambia la expresión génica y permite que un tipo celular cambie a otro. De esta forma se está intentando reprogramar células diferenciadas en células pluripotentes.

Un ejemplo es la inyección del núcleo de una célula diferenciada adulta en un ovocito enucluado, lo que se conoce como clonación terapéutica.

  Células del Cordón umbilical

Las células madre del cordón umbilical se consideran como células madre adultas. Éstas son células hematopoyéticas; crean células de la sangre y del sistema inmunológico. Son mucho más fáciles de obtenerse en comparación con las células de la médula ósea. A pesar de que las células de la médula ósea actúan más rápido que las células del cordón umbilical, las células del cordón umbilical no necesitan una compatibilidad al 100% con el paciente. En cambio las células de la médula ósea sí. Otras ventajas de las células de cordón umbilical son que su extracción no es dolorosa, se pueden usar con otros miembros de la familia sin ningún problema y son inmunológicamente inmaduras, es por esto que no necesitan una compatibilidad al 100% con el paciente.[2]

  Células madre del líquido amniótico

Gracias a los últimos avances científicos se demostró que el líquido amniótico contiene células de tejidos embrionarios y extraembrionarios diferenciadas y no diferenciadas derivadas del ectodermo, del mesodermo y del endodermo [3]. La tipología y las características de las células del líquido amniótico varían según el momento de la gestación y en función de la existencia de posibles patologías fetales. Recientemente, se ha tenido constancia de experimentos que demuestran la presencia de células madre fetales mesenquimales con potencial diferenciador hacia elementos celulares derivados de tres hojas embrionarias, por ejemplo. Las células madre de líquido amniótico se expanden fácilmente en cultivo, mantienen la estabilidad genética y se pueden inducir a la diferenciación (estudios de Paolo De Coppi, Antony Atala, Giuseppe Simoni etc) también en células hematopoieticas[4]. Por eso representan una nueva fuente de células que podría tener múltiples aplicaciones en ingeniería de los tejidos y en la terapia celular, sobre todo para el tratamiento de anomalías congénitas en el periodo perinatal.

Las células madre de líquido amniótico no presentan controversia ética [5]y pueden conservarse para uso propio.

  Tratamientos con células madre

Las células madre tienen multitud de usos clínicos pues pueden ser empleadas en medicina regenerativa, inmunoterapia y terapia génica. De hecho en animales se han obtenido grandes éxitos con el empleo de células madre para tratar enfermedades hematológicas, diabetes de tipo 1, párkinson, destrucción neuronal e infartos.

Muchos descubrimientos médicos, hacen creer que los tratamientos con células madre tienen el sistema para cambiar la cara humana, curar enfermedades y aliviar el dolor. Existen algunos tratamientos con células madre, pero la mayoría todavía se encuentran en una etapa experimental. Investigaciones médicas anticipan que un día con el uso de la tecnología, derivada de investigaciones para las células madre adultas y embrionarias, se podrá tratar el cáncer, diabetes, lesiones de la espina dorsal y daños en los músculos, entre otras enfermedades. Muchos tratamientos prometedores para enfermedades graves han sido aplicados usando células madre adultas. La ventaja de las células madre adultas sobre las embrionarias es que no hay problema en que sean rechazadas, porque normalmente las células madre son extraídas del paciente. Todavía existe un gran problema tanto científico como ético sobre esto.

En los últimos años se está investigando en la proliferación in vitro de las células madre de cordón umbilical para aumentar el número de células madre y cubrir la necesidad para un trasplante. Estos estudios son muy prometedores y pueden permitir en un futuro utilizar células madre de cordón umbilical en terapia génica: podemos así tratar enfermedades causadas por la deficiencia o defecto de un determinado gen. Introduciendo un determinado gen en la proliferación de las células madre in vitro y trasplantar tales células en el paciente receptor. El uso de otros tipos de células como portadores de genes buenos en pacientes con enfermedades causadas por deficiencias o déficits genéticos, se está experimentando clínicamente.

  Tratamientos Actuales

Recientemente han sido utilizadas las células madre encontradas en la sangre del cordón umbilical para tratar pacientes con cáncer. Durante la quimioterapia, la mayoría de las células en crecimiento mueren por los agentes cito tóxicos. El efecto secundario de la quimioterapia es lo que los trasplantes de células madre tratan de revertir; la sustancia que se encuentra sana dentro del hueso del paciente, el tuétano, es remplazada por aquellas perdidas en el tratamiento. En todos los actuales tratamientos de células madre, obtener células madre de un donante con el mismo tipo de sangre es preferible a que usar las del paciente mismo. Solo si (siempre como último recurso y si no se encontró un donante con el mismo tipo de sangre) es necesario para el paciente usar su propias células madre y si el paciente no tiene guardada su propia colección de células madre (sangre del cordón umbilical), entonces la sustancia contenedora en los huesos será removida antes de la quimioterapia, y re inyectada después.

  Inmunohematología

El trasplante de células madre hematopoyéticas se ha usado desde hace 50 años con éxito para tratar múltiples enfermedades: talasemias, anemia falciforme, anemia de Fanconi, errores congénitos del metabolismo, anemia aplásica grave, inmunodeficiencias combinadas graves (SCID)... También han sido empleadas para el tratamiento de tumores: leucemias agudas mieloides y linfoides, leucemias crónicas mieloides, mielodisplasias, linfomas, mielomas, tumores sólidos de riños, mama, ovario y neuroblastoma, etc.

Esto se consigue mediante el trasplante de médula ósea. La médula ósea contiene las células madre precursoras de las células sanguíneas y linfáticas. Se solía sacar del hueso de la cadera, pero actualmente se está sacando de la sangre periférica tras tratamiento con factores estimulantes del crecimiento. El éxito del trasplante de médula, al igual que en cualquier otro trasplante, depende de la compatibilidad HLA. Pero además de poder producirse rechazo del individuo al tejido trasplantado, el trasplante de médula ósea presenta la particularidad de que también puede darse en sentido inverso, rechazo del tejido trasplantado al individuo (GVHD: graft versus host disease).

Sin embargo el rechazo GVHD puede presentar una ventaja y ser de interés como inmunoterapia, ya que puede reconocer a las células malignas con las que compite como extrañas y permitir una remisión más rápida de la leucemia.

Tras destruir la médula por radiación o quimioterapia se realiza el trasplante. A las dos semanas aparecen nuevas células sanguíneas y tras varios meses (autólogos) o más de un año (alotrasplantes) se restituye la función inmune.

También es posible el empleo de células madre de cordón con la misma finalidad.

  Clonación

La clonación es el hecho de transferir un núcleo de una célula somática de un paciente a la célula sin núcleo de un donador de óvulos. Ésta transferencia actuará como un óvulo fecundado y comenzará con el proceso de división de la célula. Esto obviamente traerá problemas en la sociedad puesto a que muchos ciudadanos piensan que no se debería jugar a Dios y crear un individuo exactamente igual a otro. Esto a su vez puede traer consigo problemas genéticos puesto a que en las mitocondrias se encuentra el DNA de otro individuo. Se han hecho muchas investigaciones con la clonación. Sin embargo existen discrepancias en cuanto a ética y moral entre investigadores. La doctora Hwang fue una de ellas, ella donó sus óvulos para su investigación además de pedir a sus compañeras dentro de la investigación que también donaran. Esto trajo un problema ético, puesto que los investigadores no pueden recibir remuneración monetaria como ella así lo hizo, además un investigador no debe tener ningún éxito personal sino para toda la comunidad.[3]

  Controversia sobre las células madre

La controversia sobre las células madre es el debate ético sobre las investigaciones de la creación, uso y destrucción de las células madre embrionarias. La oposición a las investigaciones dice que esta práctica puede llevar a la clonación y fundamentalmente a la desvalorización de la vida humana. Contrariamente, las investigaciones médicas opinan que es necesario proceder con las investigaciones de las células madre embrionarias porque las tecnologías resultantes podrían tener un gran potencial médico, y que el exceso embrionario creado por la fertilización in vitro puede ser donado para las investigaciones. Esto en cambio, produjo conflictos con el movimiento Pro-Life (Pro-Vida), quienes adjudican la protección de embriones humanos. El constante debate ha hecho que autoridades de todo el mundo busquen regularidad en los trabajos y marquen el hecho de que las investigaciones de las células madre embrionarias representan un desafío ético y social.

De acuerdo con muchas religiones y sistemas éticos, la vida humana comienza en la fecundación. Según sus argumentos, cualquier medida intencional para detener el desarrollo después de la concepción se considera como la destrucción de una vida humana. Otros críticos no tienen un problema moral con la investigación con células madre humanas, pero tienen miedo de un precedente para la experimentación humana. Algunos críticos apoyan la idea de la investigación, pero quieren que se impongan estrictas normas legales que impidan la experimentación genética con humanos, como la clonación y que garanticen que los embriones humanos sólo se obtengan a través de fuentes apropiadas. Prevenir que la investigación con células madre humanas se convierta en una pendiente resbaladiza hacia experimentos genéticos humanos es considerado por la mayoría de la sociedad un punto importante en la controversia de las células madre humanas.

Dentro de la comunidad médica, existen diferentes posturas, entre ellas que “los blastocitos o embriones son organismos vivos que dentro de 9 meses serán seres humanos con derechos, por esto, no es ético el destruir el blastocito o embrión para obtener las células madre”,[4] mientras que otros consideran que en la edad temprana de un embrión lo que se tiene es un brote de células con su masa interna.

Además de los problemas éticos que conlleva la destrucción del blastocito, también se encuentra anti-ético el hecho de que se necesiten una cantidad alta de óvulos para la creación de embriones, que serán destruidos luego, y cómo se obtienen esos óvulos. La donante de óvulos es tratada primero con algunas drogas y hormonas para que ésta cree muchos óvulos que serán donados. Estas drogas pueden traer problemas de salud lo cual es anti-ético hacer daño a un paciente con conocimiento.

  Puntos de vista

Los debates han motivado al movimiento Pro-Life,[cita requerida] el cual se preocupa por los derechos y el estado de un embrión como un humano de temprana edad. Este movimiento cree que las investigaciones relacionadas con las células madre, instrumentaliza y viola lo que llaman la santidad de la vida y deberían ser consideradas como un asesinato. Las ideas fundamentales de aquellos que se oponen a estas investigaciones son la defensa de lo que llaman inviolabilidad de la vida humana y que la vida humana empezaría cuando un espermatozoide fertiliza un ovulo para formar una sola célula.

Una parte de las investigaciones usa embriones que fueron creados pero no usados en la fertilización in vitro para derivar una nueva línea de células madre. La mayoría de estos embriones tiende a ser destruida, o guardada por largos períodos, pasando su tiempo de vida. Solamente en Estados Unidos, se han estimado alrededor de 400.000 embriones en este estado.

Las investigaciones médicas señalan que las células madre tienen el potencial para alterar dramáticamente el acercamiento a la comprensión y tratamiento de enfermedades, y para aliviar sufrimiento. En el futuro, la mayoría de las investigaciones médicas anticipan el uso de tecnologías derivadas de las investigaciones de células madre para tratar varias. Heridas en la espina dorsal y el párkinson son dos ejemplos que han sido reconocidos por personas famosas (por ahora, Christopher Reeve y Michael J. Fox)

En agosto de 2000, el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos dijo:

"...Investigaciones sobre células madre pluripotentes… prometen nuevos tratamientos y posibles curas para muchas enfermedades y lesiones, como párkinson, diabetes, problemas del corazón, esclerosis múltiple, quemaduras y lesiones de la espina dorsal. La NIH cree que el potencial médico de las células madre pluripotentes beneficiarán las tecnologías médicas y serán compatibles con la ética”.

Recientemente, investigaciones de Advanced Cell Technology (Tecnología Celular Avanzada) en Woecester lograron obtener células madre de un ratón sin matar a los embriones. Si esta técnica se mejora será posible eliminar algunos de los problemas éticos relacionados con las investigaciones embrionarias de células madre.

En 2007 también se descubrió otra técnica gracias a los equipos de investigaciones de Estados Unidos y Japón. Se reprogramaron las células de la piel humana para funcionar más como células embrionarias cuando se les introduce un virus. Extraer y clonar células madre es caro y complejo, pero el nuevo método de reprogramación es mucho más barato. Sin embargo, la técnica puede alterar el ADN de las nuevas células madre, causando cáncer de piel.


En 2007 se empezó a trabajar con células madre pluripotentes inducidas ("CPMI") mediante la manipulación de sólo cuatro genes; más tarde, se ha conseguido reducir el número a sólo dos de esos cuatro genes; e incluso, con sólo introducir en la célula las cuatro proteínas codificadas por los cuatro genes. El proceso consiste en extraer una célula del paciente a tratar, manipular dichos 4 o 2 genes o introducirle las cuatro proteínas codificadas por esos cuatro genes, cultivarlas e introducirlas en el paciente o provocar su diferenciación hacia el tipo celular que se necesite (uno o varios, ya que las células madre así creadas se comportan como células embrionarias). Aún no hay experiencia en seres humanos y está por resolver el pequeño pero cierto riesgo de tumores.

  Política de los Estados Unidos

“A partir del 1 de agosto del 2001 no se utilizará fondos gubernamentales para las investigaciones de las células madre embrionarias; además que a partir de ese momento solo se utilizará las líneas celulares preexistentes antes del 1 de agosto de 2001”, dijo Bush en una conferencia de prensa. A pesar de que Bush adoptó esta postura, no se opuso a que instituciones privadas experimentaran con células madre embrionarias. Es por esto que surgió la proposición 71 en noviembre de 2004 en California, que autoriza a crear el Institute for Regenerative Medicine en California por un periodo de diez años.[5]

  Células madre y clonación en otros países

La clonación terapéutica / embrionaria va muy de la mano con este tema. Sin embargo existen países que se oponen a ambas clonaciones o solo una o ninguna. También se oponen a la experimentación con células madre. Por ejemplo:

  • Unión Europea: sí líneas celulares embrionarias, no clonación terapéutica.
  • Estados Unidos: es legal la creación de líneas celulares pero sin fondos públicos. La legalidad de la clonación terapéutica depende del estado en que se encuentre.
  • Reino Unido: Sí líneas celulares embrionarias. Sí a la clonación terapéutica.
  • Suecia: Sí líneas celulares embrionarias. La clonación terapéutica es legal.
  • Israel: legal líneas celulares embrionarias y la clonación terapéutica.
  • China: legal líneas celulares embrionarias y la clonación terapéutica.
  • Brasil: líneas celulares embrionarias legales de embriones creados por fertilización in-vitro con 3 años de edad/ No legal la clonación terapéutica .
  • Corea del Sur: Sí líneas celulares embrionarias. Permitido con autorización del Ministro de salud del país.
  • Singapur: líneas celulares embrionarias legal si el blastocito es destruido 14 días después de la fecundación. Es legal la clonación terapéutica.
  • Australia: Sí líneas celulares embrionarias, no clonación terapéutica.

  Referencias

  1. [1]Fisiologia Veterinaria. Escrito por James G. Cunningham. Página 49. (books.google.es)
  2. Kurtzberg, J.; Drapkin Lyerly, A.; Sugarman, J., Untying the Gordian knot: policies, practices, and ethical issues related to banking of umbilical cord blood, The Journal of clinical investigation: October 2005, volume 115, number 10
  3. Whittaker, Peter A. (2005). Therapeutic cloning: the ethical limits Science Direct
  4. 1. Godawa, B.(director/escritor) Lines that Divide: The Great stem cell debate [cinta cinematográfica] United States: Boulevard Pictures
  5. Rennie, J.; Barber, L. (2005) The future of stem cells. Financial Times & Scientific American Report, pg. 24

  Bibliografía adicional

  Véase también

  Enlaces externos

   
               

 

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