Fuentes celulares para biorreactores hepáticos bioartificiales

Un obstáculo importante para el uso clínico de los sistemas de biorreactores hepáticos bioartificiales es la falta de fuentes celulares eficientes y seguras para tales terapias. La fuente de células ideal sería de origen humano, mostraría todas las funciones típicas del hígado y sería expandible y libre de cualquier riesgo clínico para el paciente. En la última década, se han logrado avances significativos en las fuentes celulares de hepatocitos para el hígado bioartificial. Los enfoques incluyen células primarias, líneas de células hepáticas y células progenitoras o madre de diferentes orígenes.

Células primarias del hígado

Las células primarias de hígado porcino se han utilizado en varios dispositivos debido a su buena disponibilidad y funcionalidad in vitro. Se ha discutido un posible riesgo de transferencia de retrovirus endógeno porcino (PERV) durante la aplicación en pacientes, pero hasta la fecha no hay evidencia de infección por PERV en pacientes o de liberación de partículas infecciosas por células de hígado porcino cultivadas en hígados bioartificiales. Sin embargo, se necesita una vigilancia cuidadosa de los pacientes para detectar cualquier indicio de transmisión del virus. Además, el uso de tipos de células xenogénicas se asocia con un mayor riesgo de episodios de rechazo, y su desempeño metabólico muestra algunas diferencias con el metabolismo humano debido a diferencias entre especies.

Las células primarias de hígado humano representan la fuente celular de elección debido a su funcionalidad y seguridad clínica equivalentes en humanos. En un estudio piloto clínico realizado con el dispositivo MELS, se utilizaron células hepáticas humanas primarias de órganos de donantes descartados debido a una lesión orgánica (esteatosis, fibrosis / cirrosis, deficiencias vasculares), lo que demuestra la viabilidad de cultivar células hepáticas humanas primarias en sistemas de biorreactores específicos. Sin embargo, la escasa disponibilidad de hepatocitos humanos primarios en cantidad y calidad suficientes para la aplicación clínica restringe su uso en estudios clínicos. Además, la logística del aislamiento celular es extremadamente exigente. En el caso de utilizar células hepáticas primarias recién aisladas, se necesitan al menos 48 – 72 h desde la siembra celular hasta la aplicación terapéutica para permitir la recuperación celular del aislamiento y la adaptación al entorno de cultivo. En caso de insuficiencia hepática aguda, se debe proporcionar un soporte orgánico temporal de inmediato, lo que requiere la disponibilidad de sistemas a pedido que se pueden entregar listos para usar. Dado que la vida útil de las células primarias en los sistemas in vitro es limitada, los sistemas basados en células primarias deben estar constantemente disponibles y renovarse regularmente para estar preparados para uso clínico en caso de que un paciente necesite terapia. Por tanto, la posibilidad de almacenar los dispositivos de cultivo hasta su aplicación mejoraría enormemente la logística de las terapias hepáticas bioartificiales. La criopreservación de células podría resolver el problema del tiempo limitado de supervivencia de las células in vitro. Durante las últimas décadas se han investigado varios enfoques para la criopreservación de hepatocitos. Por ejemplo, los hepatocitos de rata encapsulados en microperlas de alginato al 2% y sometidos a un procedimiento complejo de congelación / descongelación mostraron funciones bien conservadas y se trasplantaron con éxito en un modelo experimental animal. En un enfoque similar, otros autores describieron un método para el almacenamiento de esferoides de células hepáticas encapsuladas en alginato a −80 ∘C o −170 ∘C durante un máximo de 1 año. Sin embargo, aún no se ha demostrado el aumento de los métodos de criopreservación para el número de células terapéuticas.

Como alternativa a las células primarias de hígado humano o porcino, se están investigando líneas de células hepáticas humanas para su uso en sistemas hepáticos bioartificiales debido a su considerable disponibilidad y viabilidad. La línea celular humana C3A, un derivado de la línea celular HepG2, se ha utilizado en ensayos clínicos con el sistema ELAD. Sin embargo, las células C3A muestran un nivel insuficiente de algunas funciones hepáticas importantes, incluida la desintoxicación del amoníaco y la síntesis de urea, y por lo tanto no son ideales para reemplazar las funciones del órgano nativo. La modificación genética de líneas celulares de hepatoma puede ser una forma de aumentar el rendimiento funcional de las células. Recientemente, se informó que la transfección de células HepG2 con aumentador de la regeneración hepática humana (hALR) conduce a un aumento de la producción de 𝛼-fetoproteína, urea y albúmina en comparación con las células HepG2 no transfectadas.

La línea celular HepaRG derivada del carcinoma hepatocelular humano representa una fuente celular prometedora para el desarrollo hepático bioartificial, ya que muestra una variedad de funciones específicas del hígado, incluido el metabolismo dependiente del citocromo P450. La línea celular tiene la capacidad de diferenciarse tanto en hepatocitos como en células biliares cuando se trata con dimetilsulfóxido. Las células HepaRG cultivadas en el biorreactor AMC mostraron un mayor rendimiento funcional en comparación con los cultivos en monocapa 2D en términos de eliminación de amoniaco, producción de urea y actividad del citocromo P450 3A4. 

El tratamiento de ratas con insuficiencia hepática inducida con células HepaRG cultivadas en AMC-BAL aumentó el tiempo de supervivencia de los animales en ~ 50% en comparación con el tratamiento con BAL libre de células. Además, en el AMC-BAL se demostró la secreción de ácidos biliares, incluida la hidroxilación, la conjugación y el transporte de sales biliares. El cultivo de HepaRG en biorreactores de fibra hueca de cuatro compartimentos mostró actividades metabólicas estables de varias enzimas del citocromo P450 relevantes para el ser humano durante hasta 4 semanas. Los estudios histológicos realizados en el sistema de biorreactor demostraron la presencia de estructuras biliares y similares a hepatocitos entre los capilares. Por tanto, las células HepaRG podrían ser de interés para los sistemas hepáticos bioartificiales para construir un sistema biliar para drenar la bilis producida por los hepatocitos.