Células nai: axentes da biomedicina do futuro

2021/07/12 Ainhoa González Pujana - EHUko NanoBioCel taldeko ikertzailea | Rosa María Hernández Martín - EHUko NanoBioCel taldeko ikertzailea | Edorta Santos Vizcaíno - EHUko NanoBioCel taldeko ikertzailea Iturria: Elhuyar aldizkaria

Durante o tres últimas décadas o interese clínico en células nai aumentou considerablemente. De feito, o potencial destas células paira o tratamento de diversas enfermidades demostrouse en numerosos estudos. Os avances en estudos preclínicos realizados nos últimos anos deron lugar a ensaios clínicos humanos baseados en células nai. Aínda que a maioría dos ensaios clínicos atópanse en fases temperás, os ensaios en fases avanzadas deron lugar aos primeiros produtos autorizados baseados en células nai. En concreto, en 2015, en Xapón, o produto denominado TemCell® recibiu a aprobación de tratar o enxerto versus hostal. En 2018, a Axencia Europea de Medicamentos autorizou o primeiro medicamento baseado en células nai, único na actualidade, paira tratar as fístulas anfibias causantes da enfermidade de Crohn. Con todo, paira conseguir a translación clínica definitiva de células nai aínda é necesario superar una serie de retos, entre os que destacan a retención celular e garantir o seu efecto a longo prazo. E afrontar estes retos foi o obxectivo principal da tese doutoral.
1. Imaxe. As células nai poden illarse de distintos tecidos, entre os que destacan a medula ósea, o tecido graso e o cordón umbilical. Ed. Ainhoa Gonzalez

Que son as células nai e que efectos terapéuticos teñen?

As células nai son células que se atopan nos tecidos estromales dos mamíferos. Seguramente relacionas o seu uso con debates éticos e relixiosos, e esa preocupación está relacionada coa súa orixe. As células nai pódense illar dos tecidos embrionarios, o que pode causar problemas morais. O problema é que as células nai tamén as podemos obter dos organismos maduros e deixar de lado eses problemas. En consecuencia, na maioría das investigacións íllanse dos doantes adultos, principalmente do cordón umbilical, a medula ósea e o tecido adiposo (Figura 1).

A motivación principal do uso destas células son as súas características terapéuticas. Entre elas, a máis coñecida é a súa capacidade de transformación cara a outros tipos de células. Segundo o número de tipos de células que se poden distinguir, clasifícanse en catro clases: (1) totipotentes, que poden diferenciarse en todas as células dos tecidos embrionarios e non embrionarios (placenta) e que teñen a capacidade de formar un organismo completo; (2) pluripotentes, que poden distinguirse nas células de todas as liñaxes embrionarias; (3) multipotentes, que só se distinguen nas células do liño embrionario da súa orixe; e (4) unipotentes, que se diferencian nun único tipo de células. Grazas a esta capacidade, as células nai teñen un gran potencial paira curar e rexenerar tecidos. O seu uso estudouse en profundidade na renovación ósea e cartílago.

Ademais desta capacidade regenerativa, as células nai teñen outro efecto terapéutico importante: poden regular o sistema inmunitario. Aínda que a súa acción inmunomoduladora é o resultado dunha complexa combinación de varios mecanismos, os factores bioactivos que producen e liberan as células son considerados como os principais responsables desta actividade. Entre elas atópanse as interleucas, as encimas metabólicas, os factores de crecemento e as quimioquinas, que interactúan coas células inmunes e regulan o seu efecto.

Pero, como saben que as células nai deben liberar os factores bioactivos? As células nai perciben o que está a suceder na súa micromedio a través dos seus receptores de tipo Toll en superficie, tratando de equilibrar a situación. Por exemplo, no inicio dunha lesión, perciben que hai poucos intermediarios inflamatorios no medio e considérana una sinal de activación do sistema inmunitario. En consecuencia, as células nai segregan diversos factores bioactivos que activan a resposta inmune paira iniciar o proceso de curación desta lesión. A medida que o sistema inmunitario cumpre a súa función, libera mediadores inflamatorios. Desta forma, cando se realiza o proceso, o nivel dos citados mediadores inflamatorios é elevado. Ao detectalo, as células nai liberan factores bioactivos que inhiben a resposta inmune e favorecen a curación e homeostasis dos tecidos (Figura 2).

Tendo en conta a sobreactivación do sistema inmunitario en moitas enfermidades, as células nai convertéronse nunha excelente alternativa terapéutica. De feito, reducindo a resposta inmune atacan a orixe da enfermidade. Entre outras cousas, estudouse en profundidade o uso de células nai paira tratar a enfermidade do enxerto versus hostal, a enfermidade inflamatoria intestinal ou a esclerose múltiple, obtendo resultados esperanzadores.

2. Imaxe. As células nai, a través de receptores tipo Toll, detectan mediadores inflamatorios presentes no micromedio liberando factores bioactivos que inhiben o sistema inmunitario. Ed. Ainhoa González

Retos a superar paira lograr a translación clínica de células nai

A pesar de ser una terapia prometedora, hai que superar algúns retos paira achegar os tratamentos baseados en células nai á clínica. Por unha banda, é urxente optimizar os protocolos de entrega. Tras a administración intravenosa, o sistema inmunológico do hóspede elimina as células nai en pouco tempo e reduce considerablemente a efectividade da terapia. Ademais, unha porcentaxe importante das células queda almacenado nos capilares pulmonares, mentres que o resto expándese no corpo. Isto pode causar problemas de seguridade.

Doutra banda, como xa se mencionou anteriormente, a presenza de mediadores inflamatorios é imprescindible para que as células nai inhiban a influencia do sistema inmunitario. O problema é que en moitas enfermidades o grao destes intermediarios é escaso, polo que as células non reciben sinais paira liberar os factores bioactivos que limitan a inmunidade. Por iso, na actualidade, a comunidade científica está a realizar un gran esforzo paira desenvolver estratexias que promovan as capacidades inmunomoduladoras das células nai. Entre as alternativas destaca a estimulación de células nai con intermediarios inflamatorios, é dicir, a estimulación inflamatoria. En concreto, demostrouse que ao estimular células nai con interferón gamma (ifn-{), factor necrosis do tumor alfa (tnf-?) ou outros mediadores inflamatorios similares antes de administrarse, mellora notablemente a liberación de certos factores bioactivos. Con todo, o efecto desta estimulación é efémero e desaparece no futuro. Desgraciadamente isto non é suficiente paira tratar enfermidades crónicas, polo que é imprescindible atopar estratexias que manteñan o efecto regulador das células nai a longo prazo.

Sistemas de doazón que favorecen a acción terapéutica de células nai

Tendo en conta as limitacións mencionadas, o obxectivo principal da tese foi o desenvolvemento dun sistema de doazón que impulsa a retención de células nai e a acción terapéutica a longo prazo. En concreto, neste novo sistema de doazón combinamos dúas estratexias. Por unha banda, paira garantir a retención das células e fomentar a súa viabilidade, habémolas encapsulado nun hidrogel. Un hidrogel é una estrutura reticular tridimensional con cadeas flexibles, no noso caso de alginato. O alginato é un polímero natural que se atopa nas algas marróns. Entre as vantaxes que ofrece o alginato destacan a biocompatibilidad, a baixa toxicidade e a capacidade de formar hidrogeles en condicións normais. Estas características son imprescindibles na tecnoloxía de encapsulado celular. Os alginatos hidrogelaspueden prepararse utilizando varios métodos de reticulación, pero o máis utilizado é o cruzamento iónico entre cadeas de polímeros e cationes divalentes, que a miúdo se realiza a través do calcio (Figura 3). Os hidrogeles obtidos presentan un alto contido en auga e similitudes mecánicas cos tecidos brandos. No noso caso, nesta rede tridimensional que xera o alginato incluímos o colágeno, xa que ao imitar o micromedio natural das células foméntase a súa viabilidade.

Figura . O alginato é un polímero natural que se atopa nas algas marróns. Ao cruzar as cadeas do polímero co calcio ou outros cationes divalentes similares fórmanse hidrogeles. Ed. Ainhoa González

Estes hidrogeles poden aplicarse en máis dun lugar do corpo, como a cavidade peritoneal ou a pel. Una vez administrado, o implante quedará nesa posición e garantirá a retención celular. Por outra banda, o hidrogel protexe ás células nai do sistema inmunitario do hóspede, evitando a entrada de células inmunes e anticorpos. Neste punto é importante determinar que a estrutura polimérica do hidrogel permite a difusión dos factores bioactivos liberados polas células nai. Desta forma, o noso sistema permite manter as células encapsuladas no emprazamento dado e liberar de forma sustentable os factores bioactivos. De feito, nos ensaios preclínicos que realizamos cos ratos, os hidrogeles que encapsulan células nai mantivéronse a longo prazo baixo a pel. De feito, ao recuperar os implantes 45 días despois da súa colocación, analizamos as células e comprobamos que seguen vivos.

Figura . Neste traballo desenvolvemos sistemas de doazón que favorecen a acción terapéutica de células nai. En concreto, a incorporación dun oscilo-interferón venoso (ifn-{) nos hidrogeles alginato-colágeno tridimensionales, ademais de garantir a retención de células nai encapsuladas, permitiu alargar a súa acción inmunomoduladora. Ed. Ainhoa González

Ademais da encapsulación tridimensional, utilizamos una segunda estratexia paira promover a acción terapéutica das células. En concreto, a idea foi estimular constantemente células nai con mediadores inflamatorios. Paira iso, incluíronse na rede tridimensional da rede de alginato-colágeno hidrogel micropartículas esféricas cargadas co mediador ifn-{ (Figura 4). Os nosos estudos demostraron que este sistema combinado permite manter un microambiente inflamatorio continuo. Así, as células nai producen durante máis tempo factores bioactivos que inhiben o sistema inmunitario. Doutra banda, comprobouse que ao cultivar células nai encapsuladas nestes novos hidrogeles con células do sistema inmunitario, se inhibe o efecto destas últimas. Isto demostra o bo funcionamento do sistema.

En xeral, este novo sistema de doazón que aúna ambas as estratexias, ademais de impulsar e prolongar a acción terapéutica das células, garante a súa retención e viabilidade, o que pode implicar importantes implicacións en terapias baseadas nestas células.

 

Bibliografía

J. Galipeau and L. Sensebe, Cell. Stem Cell. 2018, 22, 824-833 (DOI:10.1016/j.stem.2018.05.004).

L. J. Scott, BioDrugs, 2018, 32, 627-634 (DOI:10.1007/s40259-018-0311-4).

C. Muroi, K. Miyamura, M. Ocada, T. Yamashita, M. Murata, T. Ishikawa, N. Uike, M. Hidaka, R. Kobayashi, M. Imamura, J. Tanaka, K. Ohashi, S. Taniguchi, T. Ikeda, T. Eto, M. Mori, M. Yamaoka and K. Ozawa, Int. J. Hematol, 2016, 103, 243-250 (DOI:10.1007/s12185-015-1915-9).

A. Gonzalez-Pujana, K. H. Vining, D. C. E. Zhang, E. Santos-Vizcaino, M. Igartua, R. M. Hernandez and D. J. Mooney, Biomaterials, 2020, 257, 120266 (DOI:S0142-9612(20)30512-3).

J. R. Ferreira, G. Q. Teixeira, S. G. Santos, M. A. Barbosa, G. Almeida-Porada and R. M. Goncalves, Front. Inmunol, 2018, 9, 2837 (DOI:10.3389/fimmu.2018.02837).

A. Gonzalez-Pujana, M. Igartua, E. Santos-Vizcaino and R. M. Hernandez, Symphone Opin. Drug Deliv. 2020, 17, 189-200 (DOI:10.1080/17425247.2020.1714587).