Biorreactores extracorpóreos y producción de células para trasplantes

Si bien los sistemas de biorreactores extracorpóreos ofrecen una opción para el apoyo temporal del hígado defectuoso, se podrían usar métodos para la aplicación intracorpórea de células o tejidos diseñados in vitro para lograr la recuperación permanente del hígado enfermo. El trasplante de hepatocitos humanos primarios en el hígado o el bazo se ha investigado en varios estudios clínicos. Las terapias se realizaron para ayudar a los pacientes con insuficiencia hepática aguda a fulminante o para curar a los pacientes con trastornos metabólicos hereditarios, como hipercolesterolemia genética, enfermedad por almacenamiento de glucógeno, defectos del ciclo de la urea o deficiencia del factor VII de la coagulación. Estos estudios demostraron la viabilidad técnica del trasplante de células y, en algunos casos, se observó alivio de los parámetros sanguíneos y / o mejoría clínica. Sin embargo, el bajo número de pacientes incluidos en esos estudios impide una evaluación definitiva de la eficacia de la terapia.

Los principales obstáculos para una aplicación más generalizada de este procedimiento son (i) la disponibilidad limitada de células hepáticas humanas primarias, (ii) el volumen limitado de células trasplantables que se puede aplicar sin riesgo de trombosis vascular y (iii) la necesidad de terapia inmunosupresora Aplicaciones de hepatocitos no autólogos. Para permitir aplicaciones clínicas seguras, las células generadas deben ser estables durante el mantenimiento in vitro y después del trasplante en el órgano objetivo, al menos hasta la auto-recuperación del tejido, o permanentemente si la auto-reparación no es posible.

Las técnicas de cultivo 2D estáticas utilizadas actualmente proporcionan un entorno poco fisiológico para las células cultivadas. Además, difícilmente es posible una mejora de los modelos de cultivo 2D para cantidades de células más grandes. Se supone que el cultivo celular en condiciones 3D se aproxima mejor al medio fisiológico que los cultivos 2D al mejorar los contactos físicos de célula a célula, la acumulación de matrices extracelulares y el suministro de factor de crecimiento local. En este contexto, las tecnologías de biorreactores y tanques de acero parecen importantes en términos de producción de células a gran escala en condiciones in vitro reproducibles y controlables. El desarrollo de la tecnología de biorreactores puede facilitar la expansión celular al proporcionar mejores condiciones para mejorar la entrega del factor de crecimiento y la estimulación paracrina del crecimiento celular.

Por ejemplo, se demostró la expansión exitosa de células madre embrionarias en sistemas de cultivo basados en microportadores. La importancia de la perfusión celular se demostró tanto en cultivos 2D como en unbiorreactor perfundidobasado en microportadores con control de oxígeno. Sin embargo, un nivel superior de cultivos de microportadores está limitado por la necesidad de pases frecuentes asociados con pérdidas celulares sustanciales. La generación de grandes cantidades de hepatocitos a partir de células madre embrionarias de ratón se investigó en un biorreactor rotatorio de microgravedad simulado provisto de hormonas y factores de crecimiento exógenos. Las células derivadas del cuerpo embrioide cultivadas en el biorreactor rotatorio exhibieron niveles más altos de genes y proteínas hepáticos que las células cultivadas en cultivo estático. Además, en un modelo de trasplante experimental se demostró un injerto exitoso en los hígados receptores de ratones desnudos.

El aumento de la expansión de células madre embrionarias de ratón en biorreactores de fibra hueca de cuatro compartimentos con un volumen de 8 ml u 800 ml dio como resultado la generación de un número de células de 5 × 109 células en un biorreactor de 800 ml, según lo determinado por los parámetros metabólicos y el ADN / cuantificación de proteínas. El análisis de la expresión del marcador confirmó la conservación de la pluripotencia en las células durante la expansión.Para que las células generadas in vitro estén disponibles para uso clínico en el trasplante de células, deben desarrollarse métodos para la diferenciación celular dirigida, así como tecnologías de recolección adecuadas que permitan la generación de células vitales y funcionales para tales aplicaciones. Una condición previa importante es la disponibilidad de una fuente de células adecuada para obtener células hepáticas que garanticen la seguridad clínica de las aplicaciones.