Article especial
Perspectives de les cèl·lules tija en infarts de miocardi
Stem cell perspectives in Myocardial infarctions
José Luis Aceves, * Abel Archundia, * Guillermo Díaz, * Araceli Páez, ** Felip Masso, ** Martha Alvarado, * Manuel López, * Rocío Aceves, * Carlos Ixcamparij, * Adriana Pont, * Rafael Vilchis, * Luis Felipe Montaño ***
* Divisió de Cirurgia Cardíaca i Cardiologia, Hematologia, Ecocardiografia i Medicina Nuclear de l’CMN 20 nov ISSSTE.
** Laboratori de Biologia cel·lular de l’Institut Nacional de Cardiologia Ignacio Chávez.
*** Laboratori d’Immunologia, Departament de Bioquímica, Facultat de Medicina, UNAM.
ABSTRACT
Myocardial Infarction is the leading causi of congestive heart failure and death in industrializated countries. The cellular cardiomyoplasty has emerged es an alternative treatment in the regeneration of infarted Myocardial tissue. In animals ‘models, differents cellular lines such as cardiomyocites, sheletal myoblast, Embryonic stem cells and adult mesenchymal stem cells has been used, resulting in an improvement in ventricular function and decrease in amount of infarted tissue. The first three cells line have Disvantages es they are allogenics and are difficult to obtain. The adult mesenchymal stem cells are autologous and can be Obtained throught the Aspiration of bone Marrow or from peripherical circulation, prior to stimulating with cytokines (G CSF). The implantation in humans with recent and old Myocardial Infarction have shown improvements similar to those shown in animal models. These findings Encourage the continued investigation in the mechanism of cellular differentiation and implantation metods in infarted Myocardial tissue.
Key words. Stem cell. Myocardial infarctions. Cellular cardiomyoplasty.
RESUM
L’infart de miocardi és la principal causa de falla cardíaca i mort en països industrialitzats. A la data, la cardiomioplastia cel·lular ha emergit com una alternativa a la regeneració d’infarts miocàrdics. En models animals s’han utilitzat diferents línies cel·lulars com cardiomiòcits fetals, mioblasts de múscul esquelètic, cèl·lules tija embrionàries i cèl·lules tija mesenquimals de l’adult, amb millorança en la funció ventricular i disminució de l’àrea de teixit infartat. Les tres primeres línies cel·lulars tenen desavantatges perquè són al·logèniques i difícils d’obtenir. Les cèl·lules tija mesenquimals de l’adult són autòlogues i es poden obtenir de aspirats de moll d’os o de la circulació perifèrica prèvia estimulació amb citocines (G CSF). La implantació d’aquestes cèl·lules en éssers humans amb infarts de miocardi recents i antics han mostrat millores similars als informes amb models animals. Aquestes troballes encoratgen a continuar la investigació clínica i bàsica a la recerca dels mecanismes de diferenciació cel·lular i selecció de vies d’implantació, en teixit miocàrdic infartat.
Paraules clau. Cèl·lules tija. Infarts miocàrdics. Cardiomioplàstia cel·lular.
INTRODUCCIÓ
Els infarts de miocardi són la principal causa d’insuficiència cardíaca i mort en països industrialitzats, reportant més de 400,000 nous casos per any als Estats Units. En molts casos, el tractament farmacològic és insuficient, recorrent-se a procediments de revascularització com l’angioplàstia amb implantació de dispositius intracoronaris i hemoductos aortocoronarios mitjançant cirurgia a cor obert. Aquests procediments han demostrat la seva eficàcia en la pal·liació o desaparició dels episodis d’angina de pit i en la millora de la qualitat de vida dels pacients, però, aquests procediments no estan pensats per regenerar el teixit lesionat per l’infart.
Hi ha debat sobre la capacitat de l’cardiomiòcit per regenerar-se i si això és possible ha de ser insuficient en casos d’infarts amplis, ja que la cicatriu secundària a l’infart de miocardi persisteix durant tota la vida de la persona que l’ha patit, afectant seva capacitat per desenvolupar la seva activitat física.2,3 d’altra banda, s’ha informat alliberament de cèl·lules tija multipotencials de la medul·la òssia a la circulació sanguínia, en el moment en què la persona pateix un infart de miocardi, suggerint això que l’organisme intenta regenerar el cor lesionat, encara que probablement aquestes arriben en quantitat insuficient a el lloc de la lesión.3 Barbash, en un model animal, indica que més del 90% de la s cèl·lules tija que són aplicades per infusió en sang perifèrica són atrapades en el llit pulmonar i 5% a la melsa, arribant menys de 5% a el teixit miocàrdic infartat, contrastant amb l’aplicació de les cèl·lules en el ventricle esquerre de el cor a on més de 90% s’allotgen a l’àrea lesionada.4
Si es considera l’anterior, en aquest document fem una revisió de la literatura sobre les perspectives i utilitat que tenen les diferents línies de cèl·lules tija mesenquimals en la regeneració de teixit miocàrdic infartat, que en anys recents es li ha denominat com ventriculoplastia cel·lular.
cÈL·LULES tIJA
l’explicació de les cèl·lules tija es pot realitzar millor en el context de la reproducció humana normal. Amb la fertilització de l’oòcit s’inicia la divisió cel·lular amb informació genètica suficient per originar un fetus, a aquestes cèl·lules se’ls denomina tutipotenciales.5 7 Després de diversos cicles de divisió, aquestes cèl·lules tutipotentes es diferencien formant el blastocist, les cèl·lules centrals tenen la capacitat d’originar diferents òrgans, excepte placenta i estructures de nutrició de l’fetus, a aquestes cèl·lules se’ls denomina pluripotenciales.3 7 l’especialització d’aquestes cèl·lules origina tres tipus de línies cel·lulars denominades com multipotencials: endodérmicas, ectodérmicas i mesodèrmiques, aquestes ultimes es diferencien en cèl·lules hematopoètiques, monòcits, condròcits, adipòcits, cèl·lules endotelials, musculars, etc.3 12
Alexander Fridestein, des de fa 30 anys, va caracteritzar a les cèl·lules de l’estroma de la medul·la òssia i en conjunt amb Pittenger i Mackay van descriure la capacitat de les cèl·lules tija mesenquimals per diferenciar-se en teixit adipós, muscular i ossi, discutint la seva aplicació en la regeneració de tejidos.13,14 Posteriorment molts investigadors han caracteritzat els diferents tipus de línies cel·lulars i les seves diferents capacitats de diferenciació in vitro i in vivo, descrivint la plasticitat de la cèl·lula tija mesenquimal per a proliferar, implantar en teixit viu i diferenciar-se en múltiples tipus cel·lulars, propiciant així la possibilitat de regeneració de teixits lesionados.2,16,17
d’aquesta manera, es distingeixen cèl·lules tija multipotencials embrionàries i de l’adult, les primeres es poden aïllar d’embrions i de el cordó umbilical de nounats amb la informació necessària per originar un feto.18 21 diferents autors han reportat en pacients adults, l’existència de cèl·lules tija multipotencials en diferents teixits com el fetge, múscul estriat, múscul llis de l’intestí prim i úter, cervell i pell, considerant-se que es troben en aquests llocs tot esperant mort cel·lular per APOP tosi o lesió per iniciar la regeneració cel·lular, però, també reporten que hi ha una gran mobilització de cèl·lules tija de la medul·la òssia cap a la circulació sanguínia quan es produeix una lesió en algun òrgan, suposant que aquesta mobilització té la intenció de fer arribar aquestes cèl·lules a l’àrea danyada per iniciar la regeneració tisular.17 29
Es defineix a la cèl·lula tija multipotencial com aquella cèl·lula indiferenciada que pot proliferar, té capacitat de autoregenerar i conserva la seva plasticitat per modular-se en diferents tejidos.21 24
cardiomioplastia cEL·LULAR
la cardiomioplastia cel·lular consisteix en la implantació de cèl·lules amb capacitat de diferenciar-se a el teixit on es van implantar, substituint a les cèl·lules mortes, regenerant així el teixit danyat. S’han implantat en diferents models animals, diversos tipus de cèl·lules, com cardiomiòcits fetals, mioblasts de múscul esquelètic, cèl·lules tija multipotencials embrionàries i cèl·lules tija multipotenciales.15
Els cardiomiòcits fetals poden sobreviure, proliferar i formar discos intercalats en el miocardi hoste, atenuant la dilatació i disfunció ventricular, així com l’aprimament de el teixit infartat, promovent l’angiogènesi mitjançant factors cardioprotectors com el factor de creixement endotelial vascular, però, l’ús d’aquestes cèl·lules està limitat per ser al·logènics, a més que són difícils d’obtenir en quantitat suficiente.30 34
Els mioblasts esquelètics funcionen com un precursor cel·lular amb la capacitat de proliferar i formar sincitio i finalment formar nous miòcits esquelètics, però no cardiomiòcits. En models animals, la implantació d’aquestes cèl·lules en miocardi infartat ha mostrat disminuir la dilatació i aprimament de l’àrea lesionada, millorant la funció global de l’ventricle esquerre. No obstant això, també han mostrat una estimulació contràctil discordant amb la resta de teixit miocàrdic, manifestant la seva funció amb focus ventriculars ectòpics, incrementant així el risc d’arítmies cardiacas.35 42
Les cèl·lules progenituras endotelials resideixen a la moll d’os, tenen la capacitat de produir neovascularització i són alliberades a la circulació després d’un infart de miocardi, tenen l’avantatge de ser autòlogues i no requereixen d’immunosupressió.En models murins, han mostrat la seva utilitat en la disminució de les dimensions de l’infart en la fase aguda, millorant la funció miocàrdica, disminuint les alteracions en la geometria i remodelació ventricular. Molt poques cèl·lules són capaces de diferenciar-se en cardiomiòcits, pel que la seva funció de promoure neovascularització és molt útil en infarts amb teixit residual viable.43 52
Les cèl·lules tija embrionàries es troben a la medul·la òssia i en cordó umbilical de nounats, són pluripotents, amb capacitat de diferenciar-se en qualsevol tipus de cèl·lula de l’organisme, fins i tot de formar nous organismes o fetus, podent-se obtenir a partir d’aquestes cèl·lules embrionàries, clons de l’espècie donadora, per això, és indispensable considerar aspectes ètics en la seva implantació. Actualment es troba legislat a nivell mundial i són molt pocs els països en vies de desenvolupament on es podrien utilitzar aquestes cèl·lules en investigació humana. En països desenvolupats, en anys recents han iniciat activitats bancs de cordó umbilical per a ser utilitzades únicament per la persona donadora en algun moment de la seva vida, amb fins terapéuticos.53 57
Les cèl·lules tija mesenquimals estan disponibles a la medul·la òssia i en la circulació sanguínia perifèrica, són multipotencials, amb capacitat de diferenciar-se en teixit especialitzat, inclosos cardiomiòcits, cèl·lules endotelials i cèl·lules de múscul liso.58 61 Si s’utilitzen cèl·lules tija mesenquimals autòlogues no requereix l’ús d’immunosupressors. La seva implantació en models animals ha mostrat la seva transformació a cardiomiòcits funcionals, disminuint l’àrea de teixit infartat, mantenint el gruix de la paret ventricle, reduint la remodelació ventricular i millorant la funció contràctil de el teixit dañado.62 65
cèl·lules tija obtingudes de moll d’os, cultivades sobre matrius de miocardi, es diferencien en cardiomiòcits i a l’afegir 5 azatidina a el cultiu s’ha aconseguit el batec sincrònic de les cèl·lules diferenciadas.66,67 La implantació de cardiomiòcits funcionals es presenta com una alternativa interessant en la regeneració de teixit miocàrdic infartat, però, es requereix d’infraestructura de cultius cel·lulars i la quantitat de cèl·lules que es podrien obtenir possiblement no serien suficients per cobrir àrees àmplies de miocardi danyat.
ASSAIGS CLÍNICS
en anys recents, la cardiomioplastia cel·lular ha estat considerada en la regeneració de teixit miocàrdic danyat per infart us; aquest concepte consisteix en el reemplaçament o regeneració de cardiomiòcits danyats a través de:
1. Trasplantament cel·lular, que pot ser intentat mitjançant la implantació de cèl·lules tija multipotencials directament en el teixit miocàrdic lesionat, perquè es diferenciïn en cardiomiòcits funcionals i més promoguin l’angiogènesi en l’àrea infartada.15
2. Mobilització de cèl·lules tija a la circulació sanguínia mitjançant l’aplicació de citocines com el factor estimulant de colònies de granulòcits (G CEF) .30
3. Aplicació local de factors de creixement com la insulina i factor de creixement de l’hepatocito.31
L’evidència de la diferenciació de les cèl·lules tija mesenquimals a cardiomiòcits funcionals ha estat ben documentada en models animales30 64 i en éssers humans es reporta la presència de cromosomes I en cardiomiòcits de cors donats d’el gènere femení, que van ser implantats en pacients de l’gènere masculí, qui van morir després de nou mesos d’haver estat trasplantats. Els cardiomiòcits positius a cromosoma I van ser detectats en zones lesionades per rebuig immunològic agut, indicant un quimerisme de les cèl·lules tija d’origen extracardiaco de l’pacient receptor per reparar les lesions de l’òrgan donat, amb això, es demostra la capacitat de migració d’aquestes cèl·lules cap el miocardi danyat, encara que aquest procés ocorre a molt baixos niveles.68 70
En l’estudi TOPCARE AMI els pacients es van aleatoritzar per rebre cèl·lules de moll d’os (BMCs) o cèl·lules progenituras endotelials (EPCs). Les BMCs es van aïllar de 50 ml de aspirats de moll d’os mitjançant centrifugació amb gradient de Ficoll. Les EPCs es van obtenir de sang perifèrica.
Les BMCs i EPCs es van infondre per via endovascular directament en les coronàries, combinant aquesta infusió amb angioplàstia coronària, en pacients amb infarts de miocardi recents (cinc dies), millorant significativament la fracció d’expulsió en comparació amb pacients als que no se’ls van aplicar aquestes cèl·lules. L’anterior suggereix que aquestes línies cel·lulars tenen la capacitat d’incrementar la regeneració cardíaca.71,74
Wollert va infondre per via intracoronària BMCs en 60 pacients amb infarts aguts i els va comparar amb pacients a qui els va infondre placebo, reportant un increment en la fracció d’expulsió i una reducció en el volum diastòlic de l’ventricle esquerre en el grup de pacients que van rebre BMCs.74
Perin57 i Tze75 van utilitzar un catèter de NOGA per realitzar la injecció de cèl·lules de la medul·la òssia (BMCs) al endocardi de el teixit infartat, guiant-se per mapatge electromecànic , demostrant Perin millora en la fracció d’expulsió i de l’volum diastòlic en 14 pacients amb falla cardíaca crònica de tipus isquèmic i Tze reporta millora en l’engrossiment sistòlic i en la perfusió de l’àrea infartada, 90 dies després de la infusió de les cèl·lules, en 08:00 pacients amb cardiopatia isquèmica crònica.
Stamm va obtenir les cèl·lules en forma similar als autors previs i les va injectar directament en el miocardi de pacients amb infarts recents (sis s emanas), combinant la implantació amb procediment de revascularització a cor obert, reportant igualment millora en la funció ventricular i disminució de l’àrea infartada.76
Hi ha controvèrsia sobre els resultats reportats en els estudis esmentats, argumentant-se que la millora clínica dels pacients i de l’ventricle infartat possiblement va ser conseqüència de l’existència de teixit viable que va millorar amb el procediment de revascularització que es va realitzar en els pacients i no pròpiament a la diferenciació de les cèl·lules tija a cardiomiòcits funcionales.71 76
Archundia i Aceves van estimular la medul·la òssia amb G CSF per incrementar l’alliberament de cèl·lules tija a la circulació perifèrica, cosechándolas mitjançant un procediment de citafèresi tancada i posteriorment les van injectar a la zona de l’miocardi lesionat de pacients amb infarts antics, amb absència de teixit viable i funció ventricular deprimida, reportant millora de la funció ventricular a paràmetres hemodinàmics normals, reducció de l’àrea infartada i millora en la classe funcional dels pacients (en revisió a la revista mèdica Lancet).
DISCUSSIÓ
La terapèutica farmacològica, revascularització amb intervencionisme i cirurgia a cor obert han estat una eina útil en el tractament de pacients amb cardiopatia isquèmica, però, en la regeneració de el teixit infartat és poc el que han contribuït. En anys recents, la ventriculoplastia mòbil ha sorgit com una modalitat en el tractament de el teixit miocàrdic infartat, utilitzant diferents tipus de línies cel·lulars, cadascuna d’elles amb avantatges i desventajas.31 77
Les cèl·lules embrionàries obtingudes de l’cordó umbilical són una alternativa poc viable, per ser al·logèniques i amb un alt potencial per desencadenar una resposta immunològica de rebuig al receptor. La utilització de cèl·lules tija de l’adult que es troben quiescents en diferents òrgans com el fetge, cèl·lules dendrítiques, teixit adipós, etc., tenen l’inconvenient de requerir biòpsies de teixit i realitzar cultius in vitro per promoure una diferenciació prèvia a la seva implantació, incrementant el risc d’infecció i costos de operación.16 29
Les cèl·lules tija obtingudes mitjançant aspiració de la medul·la òssia tenen un millor potencial en la seva utilització, ja que poden diferenciar-se directament en el teixit implantat, però, tenen l’inconvenient de requerir d’un procediment molt invasiu i amb alt risc de infección.57,71 76 Això es pot resoldre a l’estimular l’alliberament d’aquestes cèl·lules de la medul·la òssia a la circulació perifèrica, mitjançant l’aplicació de citocines com G CSF i cosechándolas mitjançant un procediment de citafèresi tancada. Aquest procediment està estandarditzat en pacients amb trastorns hematològics i representa menor invasivitat.
Les evidències reportades en els diferents estudis animals indiquen que les possibilitats de regeneració de el teixit infartat pels diferents tipus de línies cel·lulars, a l’diferenciar-se en cardiomiòcits funcionals, són viables i encoratjadores. Els resultats reportats en éssers humans suggereixen possibilitats similars, tot i que a la data no s’ha pogut demostrar que realment existeix una diferenciació de les cèl·lules implantades a cardiomiòcits funcionals. També és possible que aquesta millora en la funció ventricular es pugui atribuir als següents factors:
1. Mecànica: Disminuint l’estrès a la paret ventricular de l’àrea infartada i de la remodelació ventricular.30 67
2. Promovent neoangiogènesi en el lloc d’implantació de les células.45,46,52,69
3. Diferenciant les cèl·lules implantades en cardiomiòcits funcionals i envaint l’escara de l’infart.