Terapias con células expandidas

Bajo el concepto de terapias con células expandidas se engloban aquellos medicamentos biológicos  en los que se emplean células madre  como herramienta terapéutica  frente a diversas enfermedades  

 

* Las células madre (hMSC ) :

• Son células que originan todas las células del organismo, regeneran y reparan los tejidos dañados. Cuando las personas están en proceso de desarrollo, una pequeña parte de células madre se quedan residiendo en distintos tejidos para cuando sea necesario.
• Las células madre se caracterizan por tener capacidad de auto renovación a través de división celular y además pueden diferenciarse a distintos linajes celulares
• Las células madre pueden ser clasificadas de varias maneras:

1) Autólogas o Alogénicas.

2) Células madre embrionarias (ESC), Células madre pluripotentes inducidas (iPSC) y Células madre adultas. Dentro de las células madre adulta encontramos las células madre mesenquimales (MSC).

3) Nativas (tejido residente) o Células expandidas

* . Las células expandidas en cultivo proveen poblaciones más homogéneas y numerosas que las derivadas de tejido nativo. No obstante, los atributos celulares pueden cambiar rápidamente en un cultivo. El ejemplo más conocido y comercializado de células expandidas en cultivo son las células madre mesenquimales (MSC)1

En el  campo del tratamiento del dolor estas terapias celulares están emergiendo como tratamientos prometedores para muchas condiciones musculoesqueléticas que afectan a atletas y a la población adulta 

Como ejemplo  citar  las células madre mesenquimales 

• Las células madre mesenquimales también conocidas como células madre estromales o MSC (del inglés Mesenchymal Stem Cells o Mesenchymal Stromal Cells), son células multipotenciales primitivas, con morfología fibroblastoide, originadas a partir de la capa germinal mesodermal, con capacidad de diferenciarse en diversos tipos de células, incluyendo osteocitos, osteoblastos, condrocitos, adipocitos,hemocitoblastos, mastocitos,fibroblastos. Estas células exhiben una extraordinaria capacidad de autorregeneración y  capacidad de diferenciación a condrocitos, adipocitos, osteocitos. miocitos, fibroblastos y otros tipos celulares. 

Figura 1. Células madre mesenquimales. Las  células madre mesenquimales son  células adultas multipotentes, con morfología fibroblastoide y plasticidad hacia diversos linajes celulares como condrocitos, osteocitos y adipocitos, entre otros. Estas células pueden ser aisladas  de diferentes tejidos  como el tejido adiposo (células madre derivadas del tejido adiposo) o de la médula ósea (células madre mesenquimatosas) y expandidas en medio de cultivo debido a sus propiedades de adhesión al plástico, diferenciación y proliferación in vitro. e ha demostrado que estas células se diferencian en múltiples tipos tisulares en el laboratorio, incluidos el tejido adiposo (adipogenia), el hueso (osteogenia), el cartílago (condrogenia), el músculo esquelético y cardíaco (miogenia esquelética y cardíaca) y los tejidos nerviosos (neurogenia). Se ha obtenido un éxito variable en la diferenciación de estas células en estos tipos de tejidos en vivo, lo que será necesario antes de que las células madre multipotenciales del adulto sean útiles en la clínica para las aplicaciones de la medicina regenerativa.

• Las células madre mesenquimales son células son células adultas, plásticas, adherentes y expandidas en medios de cultivo, que para ser clasificadas como tales2 :

  • Deben adherirse al plástico cuando se mantienen en condiciones normales de cultivo.

  •  Más del 95% de la población de MSC debe expresar los antígenos específicos de superficie CD105, CD73 y CD90, adicionalmente, estas células no deben expresar (menos del 2% positivas) CD45, CD34, CD14 o CD11b, CD79a o CD19 y HLA de clase II.

  • Deben ser capaces de diferenciarse a osteoblastos, adipocitos y condroblastos bajo condiciones estándares de diferenciación in vitro.

• Las células madre mesenquimales se caracterizan morfológicamente por ser células pequeñas, largas y estrechas con pocos procesos celulares. En el interior se encuentra un núcleo grande y redondo con un nucléolo prominente, rodeado de finas partículas de cromatina que delimitan y diferencian el núcleo claramente. El cuerpo celular contiene además compartimentos celulares como el aparato de Golgi, retículo endoplasmático rugoso, mitocondrias y polirribosomas. Estas células se encuentran bastante dispersas y la matriz extracelular adyacente está formada por algunas fibrillas reticulares, careciendo, sin embargo, de otro tipo de fibrillas de colágeno.
• Las células madre mesenquimales se aislan fácilmente de diferentes fuentes, entre ellas: la médula ósea (células madre mesenquimales derivadas de médula ósea- BM-MSC- ), la sangre de cordón umbilical, el tejido adiposo, páncreas, hígado, músculo esquelético, dermis, membrana sinovial (células madre derivadas de tejido sinovial- SDSC-) y pulpa dental. Varios grupos de investigaciones han señalado la posibilidad de obtener también estas células de otras fuentes alternativas, como el líquido amniótico y la gelatina de Wharton del cordón umbilical. No obstante, los tejidos más empleados son la médula ósea, la sangre del cordón umbilical y el tejido adiposo

- Ejm. aislamiento y cultivo a partir de la médula ósea: Su recuperación requiere, por ende, de una punción de la médula ósea (  ver Aspirado de médula ósea concentrado ( BMAC ). El volumen aspirado va entre 60 y 70 mL y las MSC corresponden entre 0,001 y 0,01% de las células nucleadas aisladas3, variando en función de la edad del donante. 

- Ejm aislamiento y cultivo a partir de tejido adiposo: Se obtiene tejido adiposo mediante aspiración de la pared abdominal o de otra región (es decir, lipoaspiración). Posteriormente se procesa mediante digestión enzimática y centrifugación para producir la fracción vascular estromal  (FVE) .  De  este producto  se  aislan  las   células madre mesenquimales derivadas del tejido adiposo - CMDA -  .para posteriormente ser cultivadas.  Estas  células tienen una morfología, fenotipo y capacidad de diferenciación similar a la médula ósea pero con mayor potencial de proliferación. Existe bibliografía de su  administración  en la infiltración intraarticular de la rodilla   para el tratamiento de la  osteoartrosis 4

Figura 2. Potencial de diferenciación de las células madre derivadas del tejido adiposo ( sacado de5 )  . Las células madre derivadas del tejido adiposo tienen la capacidad de diferenciarse a otros tipos celulares de su mismo linaje mesodérmico (transdiferenciación) u otros tipos celulares de otro linaje (diferenciación cruzada). CMTA: células madre derivadas del tejido adiposo; FABP4: proteína 4 de unión a los ácidos grasos; GAFP: proteína gliofibrilar ácida; Ipf-1: factor promotor de insulina 1; Isl-1: gen potenciador de la insulina 1; LDL: lipoproteína de baja densidad; LPL: lipoproteinlipasa; MAP-2: proteína asociada a microtúbulos 2; MyoD1: proteína de diferenciación miogénica 1; NeuN: antígeno nuclear neuronal; Ngn-3: neurogenina 3; Nkx2,5: NK2 homeobox 5; OCN: osteocalcina; OPN: osteopontina; Pax-6: proteína de la caja emparejada 6; PECAM-1: molécula de citoadhesión endotelial plaquetaria 1; RUNX2: factor de transcripción 2 asociado a Runt; Tie-2: receptor de la angiopoyetina 2; VE: vascular endotelial; VEGFR2: factor de crecimiento endotelial vascular 2; vWF: factor de von Willebrand.

 

- Ejm  aislamiento del tejido sinovial . Las células madre derivadas de tejido sinovial (SDSC) son reconocidas como una opción viable para reparar el cartílago6 y los estudios clínicos y experimentales han demostrado que el tejido sinovial tiene el mayor rédito celular comparando con células derivadas de tejido adiposo, muscular, médula ósea, periostio y sinovial7 y, no obstante, oscilando desde 1.000 a 30.000 células madre/ml por tejido colectado8 .En términos de diferenciación, se ha reportado que poseen mayor potencial adipogénico y condrogénico que las células madre mesenquimales derivadas de médula ósea (BM-MSC) 9 , 10. La rodilla es el sitio más estudiado para la recolección de SDSC y el procedimiento estándar consiste en obtener tejido sinovial y subsinovial por artroscopia, seguido de digestión enzimática con una solución de colagenasa/dispasa, a 37ºC durante 3 h, para ser después filtradas para dar suspensiones  celulares que serán cultivadas en distintos medios dependiendo del tejido adulto deseado11

Figura  1 . Pasos básicos de procesamiento y del contenido celular de las células madres mesenquimales  del tejido adiposo y de la médula ósea    ( modificado  de 12 )  .  CEA, células estromales adiposas; CMMO, células madre de la médula ósea; CPE, células progenitoras endoteliales; CMH, células madre hematopoyéticas; CMM, células madre mesenquimales; FVE, fracción vascular estromal. FVE  = Fracción vascular estromal  

 

 

 

Tabla 1.  Aspectos comparativos de las principales fuentes de obtención de  células madre mesenquimales  13

• Tras su aislamiento  mantienen su capacidad de expandirse durante largos periodos de tiempo sin perder sus características
• Estas células pueden diferenciarse in vitro o in vivo a adipocitos, condrocitos, osteoblastos, neuronas, hepatocitos y células pancreáticas. Asimismo  , se pueden trans-diferenciar de mesodermo a ectodermo y endodermo en función de las condiciones de cultivo que se utilicen. Esto hace que sean muy versátiles.. Así : 

1. Células madre mesenquimales humanas de médula ósea (hMSC-BM). In vitro se pueden diferenciar a adipocitos, condrocitos, osteoblastos y células neuronales.
2. Células madre mesenquimales humanas de la matriz del cordón umbilical (hMSC-UC). In vitro se pueden diferenciar a adipocitos, condrocitos y osteoblastos.
3. Células madre mesenquimales humanas de  tejido adiposo  (hMSC-AT). In vitro se pueden diferenciar a adipocitos, condrocitos y osteoblastos.

• Aunque los mecanismos in vivo de las células madre mesenquimales utilizadas terapéuticamente aún no están claros, se cree que juega un papel esencial la liberación de mediadores químicos 14. 
• Las afecciones tratadas con las células madre mesenquimales se dividen en dos categorías : 1)situaciones de inflamación. y 2)  reparación o regeneración de tejidos15  incluyendo cartílago, menisco, tendones y fracturas óseas, ya que las MSC pueden ejercer efectos regenerativos cuando entran en contacto con los tejidos dañados a través de la señalización paracrina, la regulación de la respuesta inmune (  aunque  no  hay  evidencia  científica 16 

-->De entre las  propiedades que favorecen su uso terapéutico destacan

a) Una vez recuperadas, las células son cultivadas ex vivo adhiriéndose a la superficie plástica de una botella de cultivo. La expansión de la población celular es rápida y se realiza mediante la transferencia secuencial de las células a un número cada vez mayor de medios de cultivo, pudiendo alcanzar 20-30 veces la población original en un plazo inferior a dos semanas. Lo anterior, permite tener disponible en corto tiempo un stock que puede ser usado con fines terapéuticos. La expansión de la población de MSC no afecta la multipotencialidad y, en comparación de las células madre de origen embrionario (ESC), su potencial tumorigénico es muy bajo y su capacidad de diferenciarse es restringido17.

b) Tienen una baja inmunogenicidad. No expresan moléculas de MHC tipo II ni co-estimuladoras de linfocitos T (CD80, CD86) y poseen una expresión constitutiva mínima de MHC tipo I, lo que facilita su uso para trasplantes alogénicos18.

c) Tienen propiedades inmunomoduladoras. Por una parte, son capaces de suprimir las respuestas asociadas a procesos inflamatorios promovidas por células del sistema inmune adquirido (linfocitos T helper 1 (Th1), Th17, T-CD8 y linfocitos B). Por otra parte, inducen una respuesta de células del sistema inmune asociadas a procesos antiinflamatorios (células dendríticas [DC] tipo 2 [supresoras], macrófagos tipo 2, Th2 y T reguladores)19, 20, 21

d) Las MSC median procesos de reparación tisular. Son capaces de sintetizar componentes de la matriz extracelular como fibronectina, versicán y colágeno-1, y también factores solubles como G-CSF, GM-CSF, VEGF, FGF7, IL-6, IL-7, IL-11, TGF-ï, SDF-1, entre otros22

-->En  el  tratamiento del dolor   reseñar  su  potencial inmunomodulador y regenerativo. Además ,  se ha evidenciado que  expresar  sustancias como el péptido analgésico factor neurotrófico derivado de la línea de células gliales (GDNF) y proteína verde fluorescente aumentada (enhanced green fluorescent protein, EGFP)  se asocia a una moderada, pero significativa reducción de la alodinia mecánica e hiperalgesia23 . Asimismo, las MSCs modulan la expresión de c-fos y serotonina, y alteran la actividad cerebral en el núcleo estriado, área talámica y cerebelo, que regulan las vías descendentes, reduciendo así el dolor neuropático 24

--> El ejemplo más conocido y comercializado de células expandidas en cultivo de  células madre mesenquimales (MSC )  es el que hace referencia  a su  adminisración  en las  infiltraciones  articulares  .  Así, con algunas excepciones25, 26, las  revisiones bibliográficas han tendido a dar una visión positiva de las CMM como un tratamiento  prometedor en la  artrosis y la reparación del cartílago27, 28, 29, 30., 

• El perfil de seguridad de las terapias MSC depende de la tipo de célula que se utiliza, así como los métodos que se utilizan para aislarla y procesarla.Por ejemplo, es probable que las células autólogas administradas en la diana terapéutica tengan un menor riesgo de tumorigenicidad que las células que se han expandido in vitro31, ya que las condiciones de cultivo pueden modular los mecanismos por los cuales los productos celulares terapéuticos operan in vivo32.  Este  aspecto   debe  de  estudiarse en mñas profundiad  en  estos   años   pues  podría  darse la paradoja  que   el uso de terapias celulares costosas y no probadas pudieran retrasar u obstaculizar el acceso de un paciente a opciones de tratamiento quirúrgico bien establecidas33

• Reseñar : las MSC tienen una gama de beneficios en comparación con otros tipos de células madre. Así : 

  • Bien caracterizadas: Las MSC son una población de células madre adultas bien caracterizadas, con más de 36,000 artículos científicos publicados sobre ellas.
  • No controvertidas: Las MSC evitan las cuestiones éticas de las células madre embrionarias, ya que pueden derivarse de fuentes que incluyen la médula ósea de adultos y el tejido adiposo.
  • Potencial de diferenciación diversa: Las MSC pueden formar una variedad de tipos de células en el laboratorio, incluyendo las del linaje intray extra mesenquimal. Estos tipos de células incluyen: grasa (adipocitos), hueso (osteoblastos), piel (células dérmicas), nervio (células neurales), cartílago (condrocitos), músculo (miocitos esqueléticos), tendones (tenocitos), estroma de la médula ósea, ligamentos y más.
  • Facilidad de crecimiento en cultivos celulares: Existe conocimiento avanzado sobre cómo cultivar MSC, incluyendo protocolos de aislamiento, expansión y diferenciación.
  • Propagación flexible: Las MSC pueden crecer y propagarse en cultivo durante períodos prolongados, sin perder su potencial de diferenciación.
  • Volúmenes clínicamente relevantes: A diferencia de muchos otros tipos de células madre adultas, las MSC pueden adquirirse en las cantidades requeridas para aplicaciones clínicas, ya que existe conocimiento sobre cómo cultivar este tipo de célula en biorreactores 3D. Se conoce que las condiciones reducidas de oxígeno, junto con los nutrientes disponibles, ayudan a la expansión de MSC en condiciones de biorreactor.
  • Función como células reguladoras: Las MSCs sintetizan y secretan una variedad de macromoléculas que son reguladores de las células hematopoyéticas y de resorción ósea.
  • Entrega de productos génicos: Las MSC pueden tomar ADN exógeno y mantener genes introducidos, un atributo que puede permitir el uso de estas células para dirigir moléculas a ciertas regiones del cuerpo con propósitos terapéuticos.
  • Estado inmunitario favorable: Las MSC carecen de las moléculas coestimuladoras de la familia B7 que se requieren para iniciar una respuesta inmune. Esto permite la administración de preparaciones deMSC a través de las barreras del complejo de histocompatibilidad mayor (CHM) sin que haya riesgo de rechazo inmunológico o la necesidad de inmunosupresión, haciendo a las MSC una fuente universal de células madre.
  • Herramientas de investigación comercialmente disponibles: En la actualidad, docenas de empresas de suministro de investigación ofrecen productos basados en MSC, haciendo que las herramientas de investigación para este tipo de células sean fácilmente accesibles.

 

Cabe  citar  en  relación  a  estas terapias : 

1. Son un tratamiento mucho más complejo respecto al plasma rico en plaquetas
2. El uso de esta técnica en España está restringido y la normativa es muy estricta.
3. Se ha estudiado en varios ensayos clínicos durante los últimos años, muchos in vitro o en animales (conejos y ratones) pero muy escasos estudios en seres humanos y con un tamaño muestral pequeño. En ellos no existe grupo control, probablemente por la dificultad de la extracción de las células madre, que conlleva una técnica agresiva (liposucción o aspiración de médula ósea
4. Aunque el mecanismo de acción aún no está del todo  aclarado, el uso de las células madre mesenquimales se basa en :1)  su propiedad antinflamatoria, ya que inhiben la maduración de los linfocitos y monocitos (células de la inmunidad). Con esta inhibición disminuye la expresión de células NK (Natural Killers), macrófagos y células T. Todo esto tendría como resultado una disminución de la respuesta inflamatoria y la apoptosis celular en la articulación, con lo que teóricamente podría prevenir el deterioro del cartílago y, por tanto, la progresión de la osteoartritis.;  2)  sus  mecanismos de regeneración tisular e inmunomodulación. En  este  sentido  en cirugía ortopédica, lesiones condrales focales, artrosis, fracturas y lesiones de tejido blando como: tendones, músculos y ligamentos son terrenos fértiles para terapias con células madre.
5. Sus propiedades celulares hace que se plantee  su uso tanto en terapia celular como en el tratamiento de enfermedades crónicas (neurodegenerativas, autoinmunes y cardiovasculares).

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