Células madre mesenquimales: características biológicas y aplicaciones clínicas.

Jenny Andrea Arévalo Romero. Bc^l, Diana Marcela Páez Guerrero. Bc^l, Viviana Marcela Rodríguez Pardo. Bc^l. MSc

^lLaboratorio de Hematología Pontificia Universidad Javeriana
Correspondencia: vivianar@javeriana.edu.co, vivianarodrigu@gmail.com

Recibido: 04-10-07 / Aceptado: 10-11-07

Resumen

Aunque la información obtenida hasta la fecha no brinda un conocimiento completo, se espera que con el desarrollo de próximas investigaciones se aclaren diversos aspectos biológicos para implementar su uso en medicina regenerativa. Esta revisión presenta una visión general sobre las células madre mesenquimales: morfología e inmunofenotipo, ontogenia, fuentes de obtención y aplicaciones clínicas.

Palabras claves: célula madre, diferenciación celular, mesenquimal, fibroblastos, médula ósea, osteocitos.

Abstract

Although the information that has been collected thus far does not offer a complete knowledge, it is hoped that with future research several biological aspects can be cleared up to implement its use in regenerative medicine. This revision presents a general vision of mesenchymal stem cells, morphology and immunophenotype, ontogeny, sources, and clinical applications.

Key Words: bone marrow, cell differentiation, fibroblast, mesenchymal stem cell, osteocytes, stem cell.

Morfología e inmunofenotipo.

Además de lo propuesto por ISCT, también se debe tener en cuenta dos aspectos adicionales para clasificarlas como células madre: que las CMM realicen procesos de autorenovación, es decir, durante la división celular solo una de las células hijas debe iniciar programas de diferenciación celular y que sean capaces de desarrollar «plasticidad clonogénica» o diferenciación hacia tejidos de diferentes capas embrionarias como ectodermo y endodermo (9, 10). ISCT propone la molécula CD73 o 5’ ectonucleotidasa como un marcador de linaje para las CMM. Esta es una glicoproteína cuya función biológica consiste en hidrolizar nucleótidos extracelulares para permitir el ingreso de nucleósidos y así generar ATP y GPT como fuente de energía celular en células diferenciadas. No obstante, el papel que juega CD73 en células madre mesenquimales se cree que está más relacionado con mecanismos de adhesión celular ya que se ha encontrado co-expresada con moléculas tipo a2 integrinas, lo que ha postulado a CD73 como un mediador de adhesión celular en CMM (13, 14).

Las CMM, aisladas de médula ósea, también expresan la molécula CD90 ó Thy-1, una proteína que hace parte de la superfamilia de las inmunoglobulinas y cuyo principal ligando es CD45 (15, 16); se expresa entre el 10-40% de las células CD34, y en mayor proporción en tejido conectivo y en células del estroma medular y aunque no se conoce su función en células madre mesenquimales, un estudio muestra que si son sometidas a stress celular mecánico se diferencian hacia células similares a osteoblastos disminuyendo notablemente la expresión de CD90, lo que podría mostrar que este antígeno es un marcador de precursores mesenquimales tempranos que pueden diferenciarse en osteoblastos (17).

CD105, también conocida como endoglina, es una glicoproteína que hace parte del complejo del receptor del Factor Transformante de Crecimiento-B ó TGF-â y se expresa en monocitos activados, macrófagos activados, precursores eritroides, fibroblastos, células foliculares dendríticas, melanocitos, células cardiacas, células vasculares de músculo liso, células endoteliales. CD105 interviene en la regulación de distintos componentes de la matriz extracelular como fibronectina y colágeno razón por la cual se cree que está relacionada con procesos de angiogénesis y reparación vascular (18, 19) y se sugiere que su expresión en CMM humanas es determinante en la generación de cardiomiocitos (20).

Además de los antigenos propuestos por ISCT, otros autores proponen moléculas como STRO-1, CD44 y CD166 para la tipificación de células mesenquimales. En 1991 se identificó a STRO-1 como un antígeno específico para CMM aisladas de médula ósea (21). STRO-1 es un marcador que se expresa en el desarrollo temprano de dichas células, declinando su expresión cuando genes asociados a la diferenciación y expansión osteogénica como el Factor de Unión Core A1 (CBFA1) interactúa con osteopontina y osteocalcina (22). CD44 es una molécula de adhesión que actúa mediante la interacción con el ácido hialurónico, osteopontina, colágeno, anquirina, fibronectina y metaloproteinasas (23) y contribuye en procesos de adhesión, migración y proliferación de CMM (24). Además de STRO-1 y CD44, se sugiere que la molécula CD166 o ALCAM (Activated Leukocyte Cell Adhesión Molecule) interviene en la hematopoyesis involucrando a las CMM, participando en el mantenimiento del estado indiferenciado de células madre hematopoyéticas y CMM (6, 25). En la Tabla 1 se observan otros marcadores útiles en la identificación de CMM (8).

Tabla 1 .Proteínas expresadas en células madre mesenquimales.

Aunque las CMM fueron descritas como células similares a fibroblastos, la morfología de las CMM puede variar según la fuente de obtención; por ejemplo, se ha observado que cuando se aíslan a partir de sangre de cordón umbilical el 93% de la población celular tiene un aspecto ovoide, con respecto al 7% que conserva una morfología similar a los fibroblastos (4). Por el contrario, cuando estas células son aisladas a partir de medula ósea la relación de células fibroblastoides es mayor con respecto a las ovoides (4, 11).

Este aspecto morfológico es de gran importancia ya que podría tener relación con el inmunofenotipo de estas células según lo postulado por Chang YJ y colaboradores quienes demuestran que si la población mesenquimal es obtenida de sangre de cordón umbilical la gran mayoría no expresan el antígeno CD90, mientras que si la población es de origen medular este marcador es determinante en su identificación, lo que podría explicar en parte los contradictorios resultados que se encuentran publicados con respecto a la expresión de ésta y otras proteínas en CMM (4, 12).

Ontogenia

Además se ha postulado que algunas regiones embrionarias proveen el microambiente necesario para la diferenciación de CMM, tal es el caso de los surcos urogenitales (UGRs) donde se han encontrado una gran cantidad de progenitores adiposos en comparación con las regiones AGM y la aorta dorsal que rodea el mesénquima (AoM); contrario a esto, los progenitores condrogénicos están presentes en mayor frecuencia en la región AoM. Esto podría mostrar que durante la embriogénesis, las CMM migran a lugares diferentes para realizar procesos de diferenciación celular (29).

Fuentes de obtención

Sobre la obtención de células madre mesenquimales a partir de sangre de cordón umbilical, éste procedimiento requiere optimizar puntos críticos para lograr un cultivo exitoso, tales como el tiempo de recolección y procesamiento que debe ser inferior a 16 horas, así como el volumen de sangre recolectado igual o superior a 30 ml (34). Respecto al aislamiento y cultivo a partir de tejido adiposo, las células obtenidas de esta fuente tienen una morfología, fenotipo y capacidad de diferenciación in vitro similar a las obtenidas de médula ósea, tienen una mayor capacidad de proliferación y es posible acceder más fácilmente a muestras de tejido adiposo a través de procedimientos como liposucción o abdominoplastia (33, 38). En la Tabla 2 se presentan otros aspectos comparativos de las principales fuentes de obtención de CMM (32, 33).

Aplicaciones clínicas de CMM

Una de las principales aplicaciones clínicas de las CMM consiste en la reparación de hueso, demostrado in vivo en ratones y en caninos con defectos cráneo-faciales y defectos de huesos largos mediante la administración directa de CMM, con matrices como hidroxiapatito/fosfato tricálcico (HA/TPC) mostrando resultados satisfactorios en hueso especialmente cuando la administración de éstas células es in situ (40,41). Estudios sugieren que para garantizar la formación de hueso, es necesario el uso de materiales naturales o sintéticos (transportadores de CMM), como cerámicas o titanio que son materiales inertes y osteoconductivos (3).

Tabla 2. Comparación fuentes de obtención de células madre mesenquimales

La diferenciación de CMM a condrocitos se ha realizado en matrices tridimensionales con colágeno (26) y con diferentes polímeros modificados como poli acrílico (PAc), poli estireno (PEs) y polietilenglicol (PEG) (27). Se ha observado que la utilización de PAc y PEs en cultivos de CMM promueven su adhesión y proliferación sin diferenciación mientras que el uso de PEG genera un efecto mayor sobre la diferenciación condrogénica. Las CMM también juegan un papel importante en la reparación de tendón usando como transportador colágeno tipo I con distintas concentraciones autólogas de CMM (1, 4 y 8 x106 células/ml); obteniendo una efectividad del 30% en la reparación del tendón, lo que constituye un avance importante si se considera la complejidad del tejido recuperado (3).

En la reparación de miocardio se han postulado diferentes efectos de las CMM sobre el tejido cardiaco como la diferenciación in situ de ésta células en cardiomiocitos, liberación de factores solubles paracrinos que promuevan la proliferación de células residentes de tejido y/o la fusión de las CMM con células cardiacas. El modelo animal más usado para evaluar esta aplicación es el corazón porcino donde se ha observado una reducción importante del tamaño del tejido lesionado, neovascularización y reducción de los niveles de apoptosis(42).

Defectos congénitos en el músculo esquelético como distrofia muscular y otras miopatías, pueden ser teóricamente restaurados con un transplante de CMM que mejora la estructura y función del músculo. CMM obtenidas de la membrana sinovial han mostrado in vivo potencial miogénico en el modelo de ratón mdx con distrofia muscular de Duchenne (43).

Figura 1. Efecto de las células madre mesenquimales sobre el sistema inmune. Adaptado de Rasmusson I. 2006.

Además de las propiedades regenerativas de la CMM, éstas también tienen la facultad de afectar el funcionamiento del sistema inmune. Estudios muestran que las CMM pueden inhibir la proliferación de linfocitos inducida por aloantígenos (44), mitógenos como fitohemaglutinina y concavalina A (45); así como la activación a través de anticuerpos anti CD3 y CD28 (46). Durante la maduración de células dendríticas, las CMM puede inhibir la expresión de moléculas involucradas en la presentación de antigenos como CD1a, CD40, CD80, CD86 y HLA-DR (47). En co-cultivo con células mononucleares de sangre periférica, las CMM incrementan la proporción de subpoblaciones de linfocitos T con fenotipo de células reguladores como CD4+/CD25alto, CD4+/CTLA-4+, CD4+/CD25+/CTLA-4+(48). En la Figura 1 se observa otros efectos de las CMMsobre células del sistema inmune (7).

Desde que las CMM fueron descritas se ha profundizado en su caracterización fenotípica, ontogénica y funcional; sin embargo, aún quedan varios aspectos por dilucidar sobre su biología especialmente en lo relacionado con su regulación a través de nichos o microambientes particulares como la médula ósea o el tejido cardiaco ya que si bien es considerada una población celular particular, su funcionabilidad puede variar dependiendo de la interacción directa con otras células o de la liberación de factores solubles específicos de cada microambiente; por esta razón, es importante estudiar las CMM en el contexto de nichos particulares y no generalizar su uso terapéutico sin considerar las variaciones observadas según de la fuente de obtención, número de células utilizadas y microambiente donde se desean utilizar. Una vez se avance en la identificación de los roles biológicos que llevan a cabo las CMM in vivo y los mecanismos moleculares responsables de cada una de estas funciones, la medicina regenerativa ya no considerará tratamientos temporales para enfermedades degenerativas, sino soluciones terapéuticas a largo plazo para una amplia variedad de patologías.

Agradecimientos

Referencias