Las células madre y su potencial

Las células madre caracterizadas por su potencial para crecer y diferenciarse en tipos celulares específicos in vitro podrían resolver el problema de la escasa disponibilidad de células en el desarrollo del hígado bioartificial. Además, el riesgo de reacciones inmunológicas en la terapia de trasplante celular se puede evitar si se utilizan células autólogas del paciente. Se están investigando diferentes tipos de células madre. De acuerdo con su potencial de diferenciación, se pueden dividir en células madre pluripotentes representadas por células madre embrionarias (ES) y células madre pluripotentes inducidas (iPS), y células madre específicas de tejido (células madre «adultas») descritas en el hígado como células madre hepáticas, hepatocitos pequeños o células progenitoras. Los requisitos de la aplicación clínica específica deben tenerse en cuenta al elegir el tipo de célula madre que se utilizará. Una de las principales ventajas de las células madre «adultas» específicas de tejido sobre las células madre pluripotentes es su menor riesgo de desarrollos celulares no deseados, es decir, la formación de tumores y, en consecuencia, una mayor seguridad clínica, que facilita la traducción clínica de los resultados de la investigación in vitro.

Se han informado varios métodos para el aislamiento, cultivo y diferenciación de células madre hepáticas derivadas de hígado fetal o adulto. Los estudios in vitro sobre células madre hepáticas derivadas de tejidos mostraron que su comportamiento de cultivo está influenciado en gran medida por el suministro de citocinas, factores de crecimiento, hormonas y proteínas de la matriz extracelular. Los cultivos de células hepáticas humanas expuestos al plasma de pacientes con insuficiencia hepática aguda durante la terapia de soporte hepático clínico mostraron una mayor evidencia de activación del progenitor enfatizando la importancia de los factores regenerativos. Sin embargo, aún no se ha logrado la proliferación a gran escala de células progenitoras del hígado, lo que hasta la fecha restringe las aplicaciones clínicas de las células.

Debido a su mejor capacidad de crecimiento en comparación con los hepatocitos adultos, las células hepáticas fetales ofrecen la opción de ser utilizadas en sistemas de soporte hepático, pero también podrían expandirse en biorreactores para trasplante celular clínico. El trasplante intraesplénico de células hepáticas fetales en pacientes con enfermedad hepática crónica en etapa terminal fue bien tolerado y seguro, y mostró algunos efectos positivos en las puntuaciones clínicas. Los estudios en biorreactores de cuatro compartimentos perfundidos mostraron la idoneidad de los sistemas de cultivo 3D para apoyar el crecimiento y la maduración de las células fetales. Sin embargo, el uso de células fetales está restringido por preocupaciones éticas sobre el uso de tejido fetal.

Otro enfoque prometedor se basa en el uso de células progenitoras derivadas del páncreas de rata, que se diferencian en células hepáticas mediante la adición de dexametasona. Las células diferenciadas (células B-13 / H) mostraron una expresión estable de marcadores hepáticos, incluidas las actividades enzimáticas del citocromo P450 típicas del hígado, y mostraron un injerto específico del hígado en ratones. Por tanto, si el método se puede transferir con éxito a células humanas, pueden presentar una fuente fácilmente renovable y rentable de células funcionales similares a los hepatocitos.

Las células madre pluripotentes tienen la ventaja de una proliferación ilimitada in vitro y, por tanto, pueden usarse para generar grandes cantidades de células para una posible aplicación terapéutica. Los protocolos para la diferenciación in vitro de células madre embrionarias humanas en células hepáticas se basan principalmente en un procedimiento de dos pasos, utilizando varios cócteles de citocinas en programas de tiempo definidos para madurar las células primero en células endodérmicas, seguido de la maduración completa en células similares a los hepatocitos. Sin embargo, el uso de células madre embrionarias humanas está en debate debido a preocupaciones éticas sobre la generación de células a partir de blastocistos humanos.

Durante los últimos años, las células iPS humanas generadas mediante la reprogramación genética de células de tejido adulto han ganado una importancia cada vez mayor en la investigación con células madre. El uso de células iPS podría resolver el problema de la escasa disponibilidad de células para la regeneración de tejidos clínicos y el soporte de órganos. Un beneficio importante de las células es que se aceptan éticamente y se pueden generar principalmente a partir de las propias células del paciente para su uso en terapia autóloga. Así, las células iPS brindan la opción única para resolver los principales problemas de la medicina basada en células: la escasa disponibilidad de células adecuadas para la regeneración de órganos y el riesgo de reacciones inmunes en el caso de utilizar células xenogénicas. Dentro del alcance del desarrollo de nuevas terapias basadas en células de enfermedades hepáticas, las células derivadas de iPS corregidas genéticamente también podrían usarse para reparar enfermedades metabólicas genéticas, si se puede demostrar la seguridad de las células.

La disponibilidad de células derivadas de células iPS para uso clínico está actualmente limitada por los métodos existentes utilizados para expandir y diferenciar las células in vitro. Los protocolos actuales para la diferenciación hepática de células iPS se basan en la adición secuencial de diferentes combinaciones de factores de crecimiento y hormonas. Se intentó una maduración mejorada, por ejemplo, aplicando un protocolo basado en citocinas y moléculas pequeñas para la diferenciación directa de células madre embrionarias y células iPS en células hepáticas. Sin embargo, el rendimiento funcional de las células hepáticas derivadas de iPS sigue siendo insuficiente. Las investigaciones de la diferenciación espontánea de células ES de ratón o humanas en biorreactores perfundidos sugieren que se puede lograr una mejor diferenciación celular y formación de tejido en condiciones de biorreactor. Los estudios sobre la diferenciación hepática de células ES humanas indican que las técnicas de cultivo 3D también pueden ser adecuadas para promover la diferenciación específica del hígado de las células iPS.

En la misma línea de evidencia, se informó que el cocultivo de células iPS con células endoteliales y células madre mesenquimales en una matriz presolidificada resultó en la formación de estructuras 3D que mostraron altos niveles de funciones específicas del hígado después del trasplante en un modelo de ratón experimental.

La expansión de las células madre pluripotentes para la diferenciación está actualmente limitada por los métodos de trabajo intensivo para propagar las células en su estado indiferenciado. Además, el control de la proliferación celular y la dirección de la diferenciación celular para una aplicación clínica segura sigue siendo un desafío. Por lo tanto, se necesitan tecnologías de cultivo mejoradas para que las células estén disponibles para terapias de trasplante o soporte de órganos clínicos. En este contexto, el desarrollo de tecnologías específicas de biorreactores 3D parece ser importante también para el desarrollo de modelos de cultivo individuales para aplicaciones terapéuticas.