Células madre derivadas de tejido adiposo (ASC)

Al aumentar la capacidad de regeneración natural del cuerpo, la medicina regenerativa es muy prometedora para reparar tejidos y órganos dañados y restaurar la función. La ingeniería de tejidos, la medicina y la biología molecular son algunas de las técnicas y especialidades que se utilizan en esta área interdisciplinaria para reemplazar, diseñar o regenerar células, tejidos u órganos con el objetivo de restaurar o recuperar su función normal.

En este sentido, se han examinado numerosos tipos de células, incluidas las células madre mesenquimales adultas, para determinar su aplicabilidad en medicina regenerativa. La capacidad de las MSC para diferenciarse en células de origen mesenquimatoso, como osteoblastos, adipocitos, miocitos y condrocitos, generó interés en su potencial para futuras terapias basadas en células. Las células madre inmunocompatibles producidas a partir de tejidos diferenciados, a diferencia de las células madre embrionarias, no son vulnerables a preocupaciones éticas. Las MSC a menudo se extraen de la médula ósea y constituyen una fuente de células atractiva para la medicina regenerativa debido a su amplia disponibilidad.

Las MSC derivadas de la médula ósea, por otro lado, no son adecuadas para el uso clínico debido al método de aspiración altamente invasivo requerido y la disminución tanto de su capacidad de proliferación como de diferenciación a medida que envejecen. Zuk et al. introdujo una población de células progenitoras multipotentes, indiferenciadas y autorrenovadoras obtenidas de tejido adiposo que es morfológica y fenotípicamente comparable a las MSC a principios del siglo XXI en la búsqueda de una fuente alternativa de células madre. Según la Internal Fat Applied Technology Society, estas células madre derivadas de tejido adiposo (ASC, por sus siglas en inglés) tienen una capacidad de diferenciación similar a las MSC y expresan marcadores únicos de células madre. Es importante destacar que los ASC

Aislamiento y Caracterización

Los adipocitos maduros y una fracción vascular estromal heterogénea (compuesta por fibroblastos, células endoteliales, preadipocitos, células del músculo liso vascular, linfocitos, monocitos y ASC) constituyen la mayor parte del tejido adiposo subcutáneo. La digestión con colagenasa seguida de la separación por gradiente de densidad centrífuga es el método más utilizado para aislar las ASC del tejido graso. Las ASC tienen una morfología en forma de huso in vitro y carecen de las gotas de lípidos intracelulares que tienen los adipocitos. Los cultivos de monocapa en platos de tejido estándar con un medio basal que contiene suero bovino fetal al 10 % se utilizan con frecuencia para cultivar ASC aisladas. Sin embargo, en términos de traducción clínica, la proliferación in vitro de ASC debe cumplir con los estándares de buenas prácticas de fabricación. En este escenario, deben evitarse los componentes xenogénicos para el cultivo celular.

Aplicación Terapéutica de Células Madre Derivadas de Adiposo

Debido a su potencial para diferenciarse en una variedad de linajes celulares, las células madre, incluidas las ASC, se han convertido en un componente importante de la terapia de medicina regenerativa. Además, su capacidad para secretar una amplia gama de citoquinas, quimioquinas y factores de crecimiento de manera paracrina los hace extremadamente interesantes desde el punto de vista clínico. Las acciones antiapoptóticas, antiinflamatorias, proangiogénicas, inmunomoduladoras y anticicatrices que se han documentado para las ASC tienen una importancia específica, lo que las convierte en candidatas ideales para el tratamiento celular en medicina regenerativa. 

En el sitio web de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., hay aproximadamente 130 estudios clínicos activos que exploran el potencial de las ASC. La regeneración de tejidos blandos, la reparación de tejidos esqueléticos, las lesiones isquémicas, el infarto de miocardio y las enfermedades inmunológicas (incluidos el lupus, la artritis, la enfermedad de Crohn, la esclerosis múltiple, la diabetes mellitus y la enfermedad de injerto contra huésped) están incluidas en estos estudios clínicos. La degeneración del disco intervertebral y la enfermedad pulmonar, por nombrar algunas, son otros objetivos terapéuticos que se están investigando en estudios clínicos.

Potencial mesodérmico de células madre derivadas de tejido adiposo

Debido a sus orígenes, las ASC se utilizaron inicialmente en medicina regenerativa para la regeneración mesodérmica, con énfasis en su potencial para aplicaciones osteogénicas, adipogénicas, condrogénicas y, posteriormente, cardiovasculares.

Regeneración de cartílago y disco intervertebral

El tejido esquelético se deteriora cada vez más a medida que la población envejece. Como resultado, los problemas musculoesqueléticos son ahora una de las principales causas de discapacidad y morbilidad en todo el mundo, lo que genera costos masivos para los sistemas de atención social y de salud. En geriatría, los trastornos crónicos e inflamatorios de las articulaciones y la columna, como la osteoartritis y el dolor lumbar causado por la degeneración del disco intervertebral, son fuentes importantes de discapacidad. Al interactuar con condrocitos locales o explantes de cartílago en defectos de cartílago, las ASC trasplantadas desempeñan un papel importante en el éxito de las terapias celulares para la reparación del cartílago.

Sin embargo, aún se desconoce el mecanismo subyacente a la acción paracrina de las ASC sobre los condrocitos. Los efectos de curación in vivo se logran cuando se implantan ASC y condrocitos mixtos en lesiones de cartílago. Después del cocultivo, los miembros de la familia BMP (BMP-2, BMP-4 y BMP-5) se regulan a la baja, mientras que VEGF B, HIF-1, FGF-2 y PDGF se reducen drásticamente. Estos hallazgos implican que la interacción entre las ASC y los condrocitos podría ayudar con la reparación y regeneración del cartílago, así como con la ingeniería del tejido del cartílago.

Regeneración de grasa

Las primeras indicaciones para el trasplante de grasa fueron la reparación de deformidades estéticas y la reconstrucción mamaria después de la mastectomía. Debido a que el cáncer de mama sigue siendo la neoplasia maligna más común entre las mujeres, continuamente se desarrollan enfoques innovadores para la reconstrucción mamaria posquirúrgica. El enriquecimiento con SVF autólogo, factores de crecimiento derivados de plaquetas, hormonas y/o insulina se utiliza en estos enfoques modernos para mejorar el injerto de grasa autóloga. Es probable que la presencia de ASC en la SVF sea un factor en la mejora informada en la viabilidad del injerto de grasa con estos procedimientos. También se sabe que el factor de crecimiento de fibroblastos-2 (FGF-2) aumenta la proliferación de ASC y la secreción del factor de crecimiento de hepatocitos (HGF) a través de una vía de señalización de la quinasa N-terminal (JNK) de c-Jun en el proceso de regeneración del tejido adiposo después de una lesión.

Aunque la reconstrucción mamaria ha sido el objetivo clínico más común para las terapias con ASC, el campo de la cirugía plástica y reconstructiva ahora tiene una amplia gama de usos. Las cualidades secretas de las ASC, que les permiten crear citoquinas, quimioquinas y factores de crecimiento, pueden ayudar a desarrollar una terapia anticicatrización novedosa y exitosa. Las cicatrices hipertróficas se desarrollan después de una lesión como resultado de la deposición, remodelación o inflamación de la matriz extracelular (colágeno) anómala. Aunque ahora se dispone de una variedad de terapias para el tratamiento de cicatrices hipertróficas (p. ej., escisión, láser, inyección de IFN, etc.), ninguna de ellas ha demostrado ser completamente eficaz para prevenir la formación excesiva de tejido cicatricial o la regeneración de tejido dérmico sano. tejido.

Regeneración Ósea

La eficacia regenerativa de las ASC trasplantadas de ratas, conejos y humanos en la reparación ósea en una variedad de sistemas defectuosos se ha estudiado en varias investigaciones. Por ejemplo, una enfermedad dolorosa de la cadera causada por una necrosis avascular de la cabeza femoral con frecuencia progresa a la osteoartritis y la necesidad de un reemplazo total de cadera. Las ASC autólogas se inyectaron directamente en la cabeza femoral en ensayos con animales pequeños. Las ASC mejoraron la osteogénesis y la microestructura del tejido osteonecrótico inducido por privación vascular dos meses después de la cirugía. En un estudio de caso, se empleó una mezcla de ASC autólogas y células esponjosas de la cresta ilíaca para reconstruir los defectos craneales de una niña después de una lesión grave en la cabeza. Mientras que una infección crónica después de una cirugía reconstructiva resultó en un cráneo inestable con anomalías óseas visibles,

Regeneración Cardiovascular y Miocárdica

El análisis molecular de las ASC no solo reveló su desarrollo osteogénico, adipogénico y condrogénico in vitro, sino que también sugiere que tienen la capacidad de expandir el linaje mesodérmico a través de la proliferación miogénica. Las terapias celulares para la regeneración del tejido cardiovascular y cardíaco han llamado mucho la atención en los últimos años. Se ha demostrado que una amplia gama de tipos de células es ventajosa, particularmente en la regeneración del miocardio isquémico. Al reducir la apoptosis de los cardiomiocitos o activar las células madre cardíacas para mejorar la cardiomiogénesis, los factores paracrinos pueden mejorar la función cardíaca. El potencial terapéutico de las ASC en el contexto de la insuficiencia cardíaca crónica o el infarto agudo de miocardio se ha investigado mediante su inyección intracoronaria.

Además, las ASC han atraído la atención como fuente de células intersticiales para poblar las estructuras de las válvulas cardíacas y se han estudiado para su uso en la ingeniería de tejidos cardiovasculares. Se demostró que las ASC pueden crear componentes de matriz como colágeno y elastina, así como secretar sustancias químicas que mejoran o degradan la matriz, para replicar las estructuras de tejido clave esenciales para el correcto funcionamiento de la válvula. Las ASC pueden diferenciarse en células con características fenotípicas y funcionales de las células endoteliales, lo cual es importante para la antitrombogenicidad de las construcciones de válvulas cardíacas.

Potencial ectodérmico de las ASC

Cuando se cultivan en presencia de los agentes de diferenciación ácido valproico, hidroxianisol butilado, insulina e hidrocortisona, se ha demostrado que las ASC muestran distintos marcadores de los linajes neuronal (NSE, nestin, MAP2, -tubulina III) y glial (GFAP, NG2, receptor de NGF p75). La capacidad de diferenciación neuronal de las ASC podría ser útil en la terapia celular de trastornos neuronales como el ictus o la enfermedad de Parkinson. El accidente cerebrovascular es causado por una isquemia cerebral, que desencadena una serie de eventos fisiológicos y bioquímicos.

En este momento, no existe un tratamiento eficaz para el accidente cerebrovascular. Las terapias con células madre, por otro lado, tienen el potencial de revertir los efectos del accidente cerebrovascular. El potencial de las ASC para diferenciarse en células similares a las neuronas, así como otros hallazgos recientes que indican que las ASC humanas protegen la supervivencia de las neuronas endógenas, sugieren que esta fuente de células tiene un alto beneficio terapéutico para la terapia del accidente cerebrovascular. Se sabe que el reemplazo celular directo, la angiogénesis, el aumento de la inmunosupresión y una mejora en la capacidad de supervivencia de las neuronas endógenas ayudan con los síntomas del accidente cerebrovascular. Sin embargo, se necesitan más estudios para mejorar la eficacia de las ASC trasplantadas como tratamiento para el accidente cerebrovascular y otros trastornos neurológicos.

Regeneración Hepática

A pesar de que aún se desconocen las vías moleculares detrás de la diferenciación hepática, las ASC tratadas con HGF, oncostatina M y dimetilsulfóxido (DMSO) tienen la capacidad de formar un fenotipo similar al hepatocito que expresa albúmina y -fetoproteína. Estas células similares a los hepatocitos también tienen la capacidad de absorber lipoproteínas de baja densidad y generar urea. Además, cuando las ASC se trasplantaron a un modelo animal SCID lesionado por CCl4, pudieron convertirse en hepatocitos y expresar albúmina in vivo.

Regeneración Pancreática

Además de la capacidad de las ASC para diferenciarse en el linaje hepático, también se ha demostrado la diferenciación endodérmica in vitro en el linaje pancreático. Las DSC humanas H no solo expresan marcadores pancreáticos como PDX1, CK19, IPF-1 y nestina después de la inducción con extracto pancreático en regeneración o cultivo conjunto con células madre pancreáticas adultas in vitro, sino que también producen las hormonas pancreáticas insulina, somatostatina y glucagón. Las ADSC tienen la capacidad de convertirse fenotípicamente en linajes de células pancreáticas en respuesta a la regeneración del extracto de páncreas o mediante cultivo conjunto con células madre pancreáticas adultas.

Criopreservación de ASC

La preservación y el almacenamiento de ASC son fundamentales para la práctica clínica y la logística en el uso futuro de células autólogas basadas en la esperanza del paciente. Para ello, las células deben criopreservarse sin que pierdan su capacidad de proliferación y diferenciación, así como su funcionalidad. Mientras tanto, se han ideado nuevos regímenes para uso clínico. Los principales objetivos son la disminución del crioprotector citotóxico DMSO, así como una técnica xenolibre y químicamente descrita. También se ha demostrado la criopreservación de tejido adiposo durante más de dos años.

Métodos para mejorar el efecto terapéutico de las ASC

La capacidad de las ASC para secretar grandes cantidades de factores de crecimiento particulares, citoquinas y otras sustancias paracrinas en su entorno objetivo puede usarse para aplicaciones regenerativas terapéuticas que requieren la liberación regulada de fármacos. Actualmente se están realizando esfuerzos para dilucidar, aumentar y utilizar procesos paracrinos de células madre para la regeneración de tejidos con el fin de respaldar esta hipótesis. Por ejemplo, se han investigado varias técnicas centradas en la alteración genética y el preacondicionamiento in vitro de ASC en un intento de aumentar la cantidad de factores tróficos liberados en la distribución celular in vivo.

El potencial de este concepto para la regeneración osteocondral ya ha sido establecido. Las características osteogénicas de las ASC se potenciaron en una investigación in vitro mediante la transducción de estas células con un adenovirus, lo que resultó en una mayor síntesis de proteínas morfogenéticas óseas como BMP2 y BMP4. De manera similar, las ASC se diseñaron para secretar niveles significativos de VEGF con el fin de aumentar sus propiedades angiogénicas en el tejido isquémico. Sorprendentemente, la actividad de regeneración depende no solo de las sustancias solubles producidas in vivo por las ASC, sino también de la activación de los secretomas del propio receptor.

ASC como todoterreno de la medicina regenerativa

Las ASC tienen buenos requisitos previos para una amplia gama de aplicaciones terapéuticas en medicina regenerativa debido a su capacidad de diferenciación de linaje trigerminal. Además, las cualidades inmunosupresoras de las ASC las convierten en una población celular atractiva y clínicamente relevante para el tratamiento de una variedad de trastornos inmunomediados, como la enfermedad de injerto contra huésped, la enfermedad de Crohn y la artritis reumatoide.

Por otro lado, la vascularización es uno de los prerrequisitos más importantes para la cicatrización de tejidos, además de la restauración de tejidos. Se ha demostrado que las ASC se diferencian fácilmente en células endoteliales y crean estructuras similares a vasos rápidas y simples en sustratos de Matrigel con presunta función endotelial, lo que sugiere que son los principales reguladores de la formación de nuevos vasos sanguíneos. Además, se informó la formación de vasos después de la inyección de ASC solas o junto con otros tipos de células en muchos estudios, incluido el tratamiento del infarto de miocardio, la regeneración epitelial y la curación del tejido cerebral.

Banco de células madre derivadas de tejido adiposo

La AABB y la FACT, junto con NetCord, ya han adoptado estándares mundiales para los sistemas de gestión de calidad y los requisitos técnicos para los bancos de sangre del cordón umbilical (UCB). Si bien los requisitos de FACT-NetCord CB son independientes pero coherentes con sus estándares de terapia celular, se incorporan a sus estándares generales de terapia celular. A pesar de que existe variedad y diferencias en los procesos éticos y legales que rigen el uso de ASC en terapias, se han implementado normas y precauciones tan amplias. En el caso de las células madre hematopoyéticas y CB, ahora es posible el almacenamiento a largo plazo de ASC gracias a los crioviales o bolsas criogénicas que se utilizan en operaciones manuales, así como en sistemas automatizados semicerrados o cerrados. Los bancos de células madre, por otro lado, utilizó principalmente bolsas criogénicas especializadas para facilitar los métodos de cultivo y control de calidad, como los que se utilizan para congelar y almacenar células madre CB de acuerdo con las normas GMP. Los contenedores necesarios para el almacenamiento y el envío al punto de atención son en gran medida los mismos que se utilizan en la banca UCB en todo el mundo.

El almacenamiento a largo plazo de médula ósea y células madre derivadas de tejido adiposo también es cada vez más frecuente. Según un estudio reciente, las AT y las ASC pueden criopreservarse hasta 44 meses antes de usarse. Sin embargo, todavía faltan perspectivas sobre la viabilidad, la funcionalidad y la integridad de las células, y se necesita más investigación para determinar si la banca a largo plazo es factible. Las bajas temperaturas no detendrían el crecimiento de agentes infecciosos en caso de infecciones bacterianas/virales, lo que implica que con agentes constantes como el coronavirus, el control de calidad a largo plazo en diferentes momentos se está convirtiendo en un desafío importante durante la criopreservación.

Tumorigénesis

Wang et al. describió la idoneidad de las ASC para el tratamiento del carcinoma hepatocelular, entre otras cosas. A través de la regulación a la baja de la señalización de Akt, una vía de señal que promueve la supervivencia y el crecimiento celular en respuesta a señales extracelulares, las ASC suprimieron la proliferación y división de células de carcinoma hepatocelular y desencadenaron la muerte de células de carcinoma hepatocelular.

Cuando las ASC se utilizan para la reconstrucción del cáncer, se ha descubierto que sus cualidades significativas de ser fundamentales para la regeneración de tejidos también generan el peligroso potencial para la estimulación del desarrollo tumoral. El uso de ASC, y más ampliamente de MSC, provoca la estimulación del tumor, lo que conduce al injerto celular en la masa tumoral. En el caso del cáncer de mama, las células cancerosas inducen a las MSC a secretar la quimiocina CCL5, que posteriormente actúa de forma paracrina sobre las células cancerosas para aumentar la motilidad celular, la invasión y la metástasis.

Además, se descubrió que las ASC humanas interactúan con las células cancerosas de células escamosas humanas. En cocultivo con ASC, la propensión invasiva de las células de carcinoma de células escamosas aumentó drásticamente, lo que implica un riesgo oncológico elevado.

Varios estudios han demostrado que las ASC aumentan la proliferación de células cancerosas, lo que implica que las ASC pueden promover el crecimiento de tumores preexistentes incluso si no forman tumores por sí mismos. Como resultado, no se sugiere el uso de ASC para tratar trastornos de cáncer porque puede causar efectos negativos graves. Aunque hasta la fecha no se ha registrado ningún comportamiento maligno de las MSC en la investigación clínica, estos estudios no deben pasarse por alto al considerar la aplicación clínica de las ASC humanas para la terapia regenerativa.

Conclusión

Las ASC se han considerado ventajosas en terapias regenerativas para una variedad de procesos de enfermedades debido a sus prometedores beneficios terapéuticos. Por varias razones, se cree que las ASC son excelentes para su uso en terapias regenerativas. Se pueden recuperar, manipular y expandir de una manera mínimamente invasiva, simple y eficaz, y tienen un alto potencial de transformación en células maduras a lo largo de los linajes mesodérmico, ectodérmico y endodérmico. Las células madre in vitro han hecho un progreso significativo en términos de aislamiento, características morfológicas, biología molecular y capacidad de diferenciación en los últimos años, y ahora es obvio que las ASC pueden mediar beneficios terapéuticos.

Para ser más específicos, no solo sirven como células progenitoras específicas de tejido, sino que también funcionan a través de una variedad de mecanismos, que incluyen angiogénesis mediada por paracrinos, inflamación, localización de células, supervivencia celular y otros procesos relacionados. Estos conocimientos fundamentales han ayudado a cerrar gradualmente la brecha entre el conocimiento básico y la aplicación clínica, mientras que los ASC se han probado en ensayos clínicos en todo el mundo, lo que demuestra que son seguros y prácticos en una variedad de escenarios.