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Medicina (Buenos Aires)

Print version ISSN 0025-7680On-line version ISSN 1669-9106

Medicina (B. Aires) vol.80 no.6 Ciudad Autónoma de Buenos Aires Dec. 2020

 

ARTÍCULO ESPECIAL - REVISIÓN

Células madre/estromales mesenquimales. Su potencial terapéutico en medicina

Mesenchymal stem/stromal cells. Their therapeutic potential in medicine

Luciana M. Domínguez 1   1 

Esteban J. Fiore1 

Guillermo D. Mazzolini1  2  * 

1 Laboratorio de Terapia Génica y Celular, Instituto de Investigaciones en Medicina Traslacional, Facultad de Ciencias Biomédicas, CONICET-Universidad Austral

2 Unidad de Hepatología, Hospital Universitario Austral, Universidad Austral, Buenos Aires, Argentina

Resumen

La terapia celular y la medicina regenerativa son áreas en gran desarrollo en la investigación biomédica. En la mayoría de los tejidos existen mecanismos de auto-reparación llevados a cabo, principalmente, por células madre o progenitoras residentes con capacidad para diferenciarse y reemplazar a las células dañadas o para secretar factores tróficos que induzcan el proceso regenerativo. Dado que estos mecanismos de reparación no siempre son suficientes, se postula que la terapia celular puede contribuir a la regeneración de los tejidos sometidos a injuria. Las células madre/estromales mesenquimales (MSCs, del inglés Mesenchymal Stem/Stromal Cells) son un tipo de progenitor adulto multipotente, que tienen la capacidad de expandirse in vitro con facilidad cuando son aisladas de su nicho in vivo, migrar selectivamente a los tejidos lesionados, modular y evadir el sistema inmunológico, y secretar factores tróficos que ayudan a la reparación tisular. Asimismo, la fácil manipulación ex vivo permitiría también usarlas como vehículos de genes terapéuticos. Las principales fuentes de obtención son la médula ósea, el tejido adiposo y cordón umbilical. Los numerosos estudios pre-clínicos y clínicos han demostrado que las MSCs parecieran ser seguras tanto para uso autólogo como alogénico. En este trabajo se resumen las propiedades de las MSCs y su potencial terapéutico para una amplia gama de enfermedades, también presentamos los distintos ensayos clínicos avanzados que las posicionan en el ámbito biomédico como una herramienta interesante para la regeneración de tejidos y el tratamiento de enfermedades inflamatorias.

Palabras clave: Terapia celular; Medicina regenerativa; Células madre/estromales mesenquimales

Abstract

Cell therapy and regenerative medicine are currently active areas for biomedical research. In most tissues, there are self-repair mechanisms carried out mainly by resident stem cells that can differentiate and replace dead cells or secrete trophic factors that stimulate the regenerative process. These mechanisms often fail in degenerative diseases; thus it is postulated that exogenous cell therapy can contribute to tissue regeneration and repair. Mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent adult stem/progenitor cells, which could be easily expanded in vitro and have the ability to selectively migrate toward injured tissues, evade the immune system recognition, and secrete trophic factors to support tissue repair. Furthermore, MSCs could be engineered for the delivery of therapeutic genes. The main sources for MSCs are bone marrow, adipose tissue, and umbilical cord. A number of pre-clinical and clinical studies have shown that MSCs therapy is safe for both autologous and allogeneic uses. This review summarizes information about the properties of MSCs and their therapeutic potential for a broad spectrum of diseases. We also present here the last data about clinical trials that position the use of MSCs as an interesting tool for tissue regeneration and the treatment of inflammatory diseases.

Key words: Cell therapy; Regenerative medicine; Mesenchymal stem cells

PUNTOS CLAVE

• La terapia celular y la medicina regenerativa son áreas en gran desarrollo en la investigación biomédica. El uso de células madre/estromales mesenquimales (MSCs) ha mostrado un fuerte desarrollo en los últimos años ya que superan gran parte de las limitaciones de otros tipos celulares y tienen un gran potencial terapéutico.

• Este trabajo resume las propiedades de las MSCs, su potencial terapéutico como herramienta para la regeneración de tejidos y el tratamiento de enfermedades inflamatorias, y los distintos ensayos clínicos avanzados que en la actualidad se encuentran utilizando células madre de distintos tipos.

En los últimos años la investigación biomédica ha avanzado en el estudio de las terapias celulares y su uso en medicina regenerativa1. Estos avances buscan reparar órganos y tejidos enfermos mediante la administración de células o moléculas biológicamente activas2. Se han propuesto diferentes tipos y fuentes celulares con potencial terapéutico para tratar diversas enfermedades. Particularmente, la utilización de células madre/estromales mesenquimales (MSCs del inglés Mesenchymal stem/stromal cells ) como fuente de células para terapia celular y regenerativa, ha mostrado un fuerte desarrollo en los últimos años3.

En esta revisión abarcaremos las distintas terapias con células que se encuentran en estudio para su futuro uso en medicina regenerativa. Principalmente, nos enfocamos en la potencialidad de las MSCs y presentamos los distintos ensayos clínicos avanzados que las posicionan en el ámbito biomédico como una herramienta interesante para la regeneración de tejidos y el tratamiento de enfermedades inflamatorias. Para ello realizamos una búsqueda exhaustiva de artículos científicos originales y revisiones en revistas nacionales e internacionales y utilizamos la base de datos www.clinicaltrials.gov para determinar el número de ensayos clínicos donde utilizan MSCs como terapia.

Terapia celular y medicina regenerative

La terapia celular y la medicina regenerativa se han convertido en áreas relevantes de investigación biomédica en los últimos años1. La medicina regenerativa tiene como objetivo reparar órganos y tejidos enfermos o dañados y abarca el empleo de diversas estrategias que incluyen desde la administración de moléculas biológicamente activas (proteínas y microARN) hasta la implantación de células aisladas de tejidos adultos que pueden dar lugar a la regeneración estructural del tejido u órgano afectado2,4. Por otro lado, la terapia celular incluye la aplicación tanto de células somáticas o adultas, como de progenitores, así como también de células modificadas genéticamente para facilitar la regeneración de células dañadas dentro de un órgano o tejido5,6.

En la mayoría de los tejidos existen mecanismos de auto-reparación llevados a cabo, principalmente, por células madre o progenitores residentes que pueden diferenciarse y reemplazar a las células dañadas, o secretar factores tróficos que induzcan el proceso regenerativo. La característica principal de este tipo de células es la capacidad de dividirse a nivel clonal mientras mantiene un estado indiferenciado como así también de diferenciarse en uno o más tipos de células especializadas. Dado que en diversos procesos patológicos estos mecanismos de reparación no son suficientes, se postula que la terapia celular puede contribuir a la regeneración de los tejidos7. Muchos de los tratamientos actuales para la mayoría de las enfermedades degenerativas son paliativos o solo retrasan el progreso de la enfermedad, esto nos lleva a pensar que un enfoque combinado entre terapia celular y medicina regenerativa constituyen una alternativa prometedora que incida positivamente en el inicio y progresión de la enfermedad5.

El trasplante de células madre hematopoyéticas (HSCs, del inglés Hematopoietic Stem Cells) para el tratamiento de neoplasias malignas de la médula ósea (MO), fue la primera terapia celular que se utilizó en la práctica clínica y desde su aprobación, se han empleado con éxito durante más de 50 años8. Si bien hasta la actualidad este tipo de terapia con células progenitoras ha sido el único adoptado de forma rutinaria en la práctica clínica, ha alentado a médicos y científicos a desarrollar el área de estudio.

Se han propuesto diferentes tipos y fuentes de células madre para su potencial aplicación terapéutica9,10.

Células madre embrionarias: se obtienen de la masa celular interna de embriones no utilizados. Son células pluripotentes que tienen una combinación única de genes de histocompatibilidad, heredados del espermatozoide y el óvulo, por lo que serían rechazadas en un trasplante alogénico histoincompatible11-13.

Células VSEL (del inglés, Very Small Embryonic-Like stem cells): son una población de células progenitoras con características pluripotentes que derivan de células germinales y pueden ser aisladas de tejido adulto. Además, expresan marcadores embrionarios, se depositan en los órganos en desarrollo durante la embriogénesis y desempeñan un papel como población de respaldo para las células madre comprometidas a un determinado tejido14.

Células madre pluripotentes inducidas (iPSC, del inglés, induced Pluripotent Stem Cells): se obtienen a partir de la reprogramación de células somáticas adultas mediante la expresión de los genes de pluripotencia Oct4, Sox2, c-Myc y Klf415. Las mismas pueden diferenciarse a células de tejidos pertenecientes a las tres capas germinales del embrión15,16. Esta tecnología permitió obtener células pluripotentes que son histoidénticas con la célula donante inicial utilizada para la reprogramación17.

Todas estas células se encuentran en incesante es tudio pero su potencial aplicación en la clínica presenta algunos problemas, como por ejemplo: formación de teratomas de las iPSC (lo que explica por qué se suspen dieron los primeros ensayos clínicos que utilizaron estas células)18-20; cuestionamientos éticos en el caso de las células aisladas de embriones humanos; tumorigenicidad debido a la inestabilidad genómica en el caso de las VSEL; como así también la posibilidad de rechazo inmunológico en caso de uso alogénico18,21,22. Actualmente, la principal aplicación de las iPSCs es para el modelado in vitro de enfermedades y para el testeo de fármacos23-25.

En este contexto, la utilización de MSCs como fuente de células para terapia celular y regenerativa ha mostrado un fuerte desarrollo en los últimos años3. Las MSCs son un tipo de célula progenitora adulta que supera la mayoría de las limitaciones descriptas para las células madre plu ripotentes y que se han probado ampliamente en estudios preclínicos y clínicos con resultados prometedores en diversas enfermedades5,26,27.

Células madre mesenquimales

En los organismos que se reproducen sexualmente, el desarrollo comienza a partir del cigoto formado lu ego de la unión de los gametos haploides femenino y masculino2. Este cigoto totipotente tiene el potencial de dividirse y diferenciarse para generar todas las células especializadas del cuerpo humano adulto28,29. Durante la embriogénesis, las células madre pluripotentes dan lugar a las tres capas germinales (meso, ecto y endodermo) que van a desarrollar los distintos tejidos y órganos. Asimismo, en cada tejido adulto existe una población de especializada de ellas y responsable del reemplazo de células senescentes o de las que mueren producto de una injuria2,30. Dentro de este último nivel jerárquico existe una población de progenitores que residen en el estroma de prácticamente todos los tejidos, denominadas células madre/estromales mesenquimales (MSCs), las mismas tienen como rol fisiológico el soporte trófico de los tejidos durante la reparación y regeneración tisular31.

Las MSCs son multipotentes debido a que tienen la capacidad de diferenciarse a osteocitos, adipocitos y condrocitos, además pueden expandirse in vitro como cul tivos adherentes y están fenotípicamente bien descriptas, expresando CD29, CD73, CD90 y CD105, mientras que son negativas para marcadores hematopoyéticos como CD14, CD34 y CD4532,33. Entre otras características im portantes, las MSCs tienen la capacidad de autorrenovar se in vitro de forma estable por varios pasajes, de modular el sistema inmunológico, secretar factores tróficos y migrar selectivamente a los tejidos lesionados34,35,36. Por esta razón, sumado al potencial de diferenciación, están siendo exploradas desde el punto de vista terapéutico para regenerar tejidos u órganos dañados. Asimismo, la fácil manipulación ex vivo permite también usarlas como vehículos de genes terapéuticos36. Las principales fuentes para obtener MSCs de uso clínico son la médula ósea, el tejido adiposo y tejidos asociados con el nacimiento como placenta, amnios y cordón umbilical26,37.

Células madre/estromales mesenquimales como herramienta terapéutica

Desde su descripción y aislamiento en los años 70, nume rosos estudios pre-clínicos y clínicos han demostrado que las MSCs parecieran ser seguras tanto para uso autólogo como alogénico, además, son fáciles de aislar y crecer in vitro en número suficiente para las dosis que suelen aplicarse en pacientes27,38-41.

Si bien en un principio se pensaba que la capacidad de diferenciación era el mecanismo principal para promover la regeneración tisular, actualmente existe un consenso general que indica que los efectos terapéuticos de las MSCs son una consecuencia de las moléculas biológica mente activas secretadas en forma soluble o a través de vesículas extracelulares (VEs)42-44. Los factores secreta dos de forma soluble entre los que se encuentran HGF, IGF-I, IL-6, BNDF y NGF, tienen actividad anti-apoptótica y proliferativa; otros, como SDF-1, VEGF y PDGF tienen capacidad de inducir el proceso de neo-vascularización; y algunos actúan regulando el sistema inmunitario como IL- 10, TGF-b1, IDO-1, ILRa1 y PGE245. Por otro lado, las VEs son estructuras que emergen de la membrana plasmática y son generadas a partir de cuerpos multivesiculares. Tie nen un diámetro entre 40 nm a 2 μm y están involucradas en la comunicación intercelular transportando una gran cantidad de proteínas (incluidos factores de crecimiento y citocinas), ADN, ARNm, microARN y ARNlnc46,47. En particular, los exosomas son las VEs de mayor interés y se las diferencia por su tamaño (comprendido entre 40-100 nm)47,48. Las EVs pueden aislarse a partir del so brenadante de cultivo celular, y dado que imitan en parte los efectos de las células de origen, aquellas derivadas de MSCs son consideradas una nueva alternativa terapéutica y un área activa de investigación en medicina regenerativa y nanotecnología48-50.

Otra propiedad atractiva de las MSCs para la aplicación clínica es su empleo en el marco del trasplante alogénico. Debido a que expresan bajos niveles de moléculas de HLA de clase I, no expresan moléculas de HLA de clase II y moléculas co-estimulatorias como B7-1, B7-2, CD40, o CD40 ligando, evita que sean reconocidas por linfocitos T y logran evadir la respuesta inmunitaria51-53. Además, como se mencionó previamente, secretan citocinas con efectos inmunosupresores sobre células de la inmunidad innata y adaptativa54,55. Asimismo, la plasticidad funcional de las MSCs al sensar el microambiente inflamatorio en que se encuentra, es otra característica importante para su aplicación terapéutica56. En este sentido, si el microam biente es levemente inflamatorio, estas células pueden tener un comportamiento pro-inflamatorio. Sin embargo, en un contexto altamente inflamatorio, desempeñan un importante efecto inmunoregulador56. Esta característica es también explotada para modular su perfil funcional a través de la generación de condiciones especiales de cultivo in vitro; por ejemplo, la pre-incubación con TGF-β1 reduce su capacidad inmunosupresora57, mientras que la incubación con INF-γ, TNF-α e IL-17 la aumenta58.

Finalmente, debido a la capacidad de migrar a sitios de inflamación e injuria, otra potencial aplicación de las MSCs en medicina regenerativa es como vehículo de genes y factores terapéuticos35,36,50,59. Para esto, se puede inducir la sobre-expresión de genes mediante vectores virales o no virales, como así también cargar las con ARNm o microARN mediante transfección y su posterior administración sistémica59. Un ejemplo es el uso de MSCs modificadas genéticamente para sobre-expresar el factor de crecimiento insulínico tipo I (IGF-I) para el tratamiento de la fibrosis hepática en modelos experimentales animales6,50.

Las múltiples propiedades de las MSCs subrayan su potencial terapéutico en la regeneración de tejidos y el tratamiento de enfermedades inflamatorias. No obstan te, es necesario generar más información acerca de los mecanismos involucrados en la regeneración tisular, la fuente óptima para aislarlas, los efectos que ejercen las distintas condiciones de cultivo en el potencial terapéutico y migratorio60. A pesar de las preguntas abiertas que aún quedan por responder, estamos observando un aumento significativo en la investigación clínica de estas células para la regeneración de tejidos o para contribuir con la resolución de procesos inflamatorios26,61.

Ensayos clínicos con células madre mesenquimales

La aplicación de MSCs en un ensayo clínico en humanos se aprobó por primera vez en 199562. Desde entonces, la investigación clínica de MSCs tanto en el ámbito aca démico como de la industria farmacéutica se ha desarrol lado en forma continua. En la actualidad, según la base de datos “clinicaltrials.gov”, hay 7661 ensayos clínicos donde se utilizan células madre de distintos tipos, de los cuales 1029 implican el uso de MSCs. Las principales fuentes de estas células son la médula ósea, el tejido adiposo y el cordón umbilical, siendo estas las más estudiadas en los últimos años (https://celltrials.org/public-cells-data/msc-trials-2011-2018/65). Entre las enfermedades estu diadas se destacan las cardiovasculares, neurodegen erativas, autoinmunes, trastornos músculo-esqueléticos y articulares, vasculares, hematológicas, oftalmológicas, hepáticas, renales, pulmonares, de la piel, entre otras. De todos estos ensayos, solo 21 se encuentran en un estadio avanzado de estudio (fase III) y, de éstos, sólo 7 han reportado resultados finales (Tabla 1) (Clinicaltrials.gov:-Stem cell/Stem cell mesenchymal/Phase III/Com pleted-). En este sentido, el primer gran ensayo de fase III con MSCs de médula ósea patrocinado por la compañía farmacéutica Mesoblast (en su momento Prochymal) fue para el tratamiento de la enfermedad injerto contra hués ped (EICH) refractaria a esteroides (NCT00366145). Este ensayo se completó en 2009 y los resultados mostraron una mejora significativa en la respuesta general sólo en niños, lo cual permitió aprobar la primera terapia con MSCs para el tratamiento de EICH pediátrico en Canadá y Japón. Posteriormente, Mesoblast lanzó un segundo ensayo (NCT02336230) finalizado en 2018, donde se evaluó el uso de MSCs alogénicas en niños con EICH refractaria a esteroides y también pudo observarse una mejora significativa en la respuesta general27,63,64. Ac tualmente, esta terapia se encuentra en fase de registro en la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) en los Estados Unidos. Asimismo, Mesoblast en este momento tiene tratamientos en fase III para la enfermedad de Crohn (NCT00482092), insuficiencia cardíaca crónica (NCT02032004), lumbalgia cronica (NCT02412735), y más recientemente, síndrome respiratorio agudo grave causado por infección con coronavirus-19 donde los resultados obtenidos muestran una mejora en la función respiratoria de los pacientes que recibieron MSCs contra placebo (http://investorsmedia.mesoblast.com/static-files/f7c1b407-e130-4190-9283-620e0fe621a5). Por otro lado, MSC autólogas de MO previamente acondicionadas in vitro para inducir regeneración cardíaca también han sido probadas en un ensayo de fase III por Celyad (Bélgica) para el tratamiento de la insuficiencia cardíaca crónica (NCT01768702)65,66. De forma similar, TiGenix patrocinó dos estudios con MSCs autólogas (NCT00475410)67 y alogénicas (NCT01541579)68 derivadas de tejido adiposo (ASC) para el tratamiento de fístulas perianales complejas en pacientes sin enfermedad inflamatoria intestinal (Tabla 1). En ambos casos, independientemente del origen de las ASC, los que recibieron el tratamiento tuvieron remisiones significativas de las fístulas respecto al placebo. Finalmente, la Comisión Europea aprobó el primer agente farmacéutico de MSCs (Alofisel) para tratar la enfermedad fistular entero cutánea relacionada con enfermedad de Crohn69,70. Actual mente, además de estos estudios clínicos, TiGenix cuenta con 3 ensayos activos en fase III aplicados a enfermedad de Crohn, sepsis grave e infarto agudo de miocardio.

Tabla 1 Ensayos clínicos en fase avanzada 

Conclusiones y perspectivas

Los tipos de células más relevantes estudiados como terapias celulares incluyen células adultas como MSCs, HSCs o embrionarias como VSEL e iPSCs. Las MSCs superan gran parte de las limitaciones de los otros tipos celulares y tienen un gran potencial terapéutico dado su efecto parácrino mediado por la secreción de múltiples factores, su capacidad migratoria hacia los sitios de lesión y sus propiedades inmunomoduladoras. A pesar de los avances científicos alcanzados en el área, solo un número muy limitado de aplicaciones ha llegado al mercado y están, por ende, al alcance del paciente. La falta de procedimientos estandarizados, junto con los problemas de regulación y seguridad, presentan un obstáculo importante en la maduración de la terapia con MSCs. No hay duda de que las terapias celulares son parte del futuro de la medicina clínica pero antes de que ello sea posible, se requieren definir protocolos estandarizados para el aislamiento, manipulación, expansión in vitro y administración. Por último son necesarios estudios pre-clínicos y clínicos a gran escala que incluyan series extensas de casos generando información clínica sólida acerca del uso de las MSCs.

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Recibido: 04 de Mayo de 2020; Aprobado: 06 de Julio de 2020

*Dirección postal: Guillermo Mazzolini, Laboratorio de Terapia Génica y Celular, Instituto de Investigaciones en Medicina Traslacional, CONICET-Universidad Austral, Av. Presidente Perón 1500, 1629 Derqui-Pilar, Buenos Aires, Argentina e-mail: gmazzoli@austral.edu.ar

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