Células madre mesenquimales

Las células madre mesenquimales son
células pluripotentes y adultas con morfología
fibroblastoide y plasticidad hacia diversos linajes celulares
como condrocitos, osteocitos y adipocitos entre otros. Estas
células pueden ser aisladas principalmente de
médula ósea, sangre de cordón umbilical y
tejido adiposo de donde se han logrado establecer cultivos que
han permitido estudiar sus propiedades funcionales y
fenotípicas. Aunque la información obtenida hasta
la fecha no brinda un conocimiento completo, se espera que con el
desarrollo de próximas investigaciones se aclaren diversos
aspectos biológicos para implementar su uso en medicina
regenerativa. Esta revisión presenta una visión
general sobre las células madre mesenquimales:
morfología e inmunofenotipo, ontogenia, fuentes de
obtención y aplicaciones clínicas.

Definición

Las diferencias entre los términos
de células madre mesenquimales y células
mesenquimales para que estos no sean utilizados
indistintamente:

• El tejido mesenquimal o
mesénquima es el tejido conectivo embrionario que procede
del mesodermo y tiene una gran variedad de tipos celulares. A
partir de este tejido, por diferenciación celular y
regulación diferencial, se originan patrones de desarrollo
diferentes que provocan la aparición de tejidos más
especializados.

• Desde un punto de vista estricto,
las células que se encuentran en el mesénquima son
las denominadas células mesenquimales, pero este
término no es lo suficientemente descriptivo, ya que se
utiliza sin ningún rigor para también hacer
referencia a las células madre mesenquimales (CMMs), que
son un tipo de células pluripotenciales a partir de las
cuales pueden originarse los diferentes tipos de tejidos
conectivos.

• Así, mientras que las
células del mesénquima no se diferencian en
células hematopoyéticas, las CMMs sí que
pueden hacerlo. Esto implica que las CMMs son células
mesenquimales, pero no todas las células mesenquimales son
CMMs.

Morfología
e inmunofenotipo

Los progenitores mesenquimales son un grupo
de células madres adultas que fueron caracterizadas por
Friedenstein, quien las aisló de médula ósea
y las describió como células adherentes de
morfología fibroblastoide, capaces de diferenciarse hacia
células de origen mesodérmico como osteocitos,
condrocitos y adipocitos. Varios estudios han asignado a este
grupo celular diversos nombres como: Células de Estroma
Medular, Unidades Formadoras de Colonias Fibroblastoides,
Precursores Estromales o Células Adultas Progenitoras
Multipotentes o MAPCs (Multi-Potent Adult Progenitor Cells). En
el año 2006, la Sociedad Internacional de Terapia Celular
ó ISCT (Internacional Society Cellular Therapy) propuso
tres criterios para definir las células madre
mesenquimales (CMM); primero, éstas células deben
ser adherentes en cultivo; segundo, expresar los antigenos CD73,
CD90 y CD105 en ausencia de antígenos
hematopoyéticos como CD34, CD45, marcadores de monocitos,
macrófagos y linfocitos B; y tercero, las CMM deben ser
capaces de diferenciarse in vitro en osteoblastos, adipocitos y
condrocitos bajo condiciones estándar de
cultivo.

Además de lo propuesto por ISCT,
también se debe tener en cuenta dos aspectos adicionales
para clasificarlas como células madre: que las CMM
realicen procesos de autorenovación, es decir, durante la
división celular solo una de las células hijas debe
iniciar programas de diferenciación celular y que sean
capaces de desarrollar «plasticidad
clonogénica» o diferenciación hacia tejidos
de diferentes capas embrionarias como ectodermo y
endodermo.

ISCT propone la molécula CD73 o 5"
ectonucleotidasa como un marcador de linaje para las CMM. Esta es
una glicoproteína cuya función biológica
consiste en hidrolizar nucleótidos extracelulares para
permitir el ingreso de nucleósidos y así generar
ATP y GPT como fuente de energía celular en células
diferenciadas. No obstante, el papel que juega CD73 en
células madre mesenquimales se cree que está
más relacionado con mecanismos de adhesión celular
ya que se ha encontrado co-expresada con moléculas tipo
â2 integrinas, lo que ha postulado a CD73 como un mediador
de adhesión celular en CMM.

Las CMM, aisladas de médula
ósea, también expresan la molécula CD90 o
Thy-1, una proteína que hace parte de la superfamilia de
las inmunoglobulinas y cuyo principal ligando es CD45; se expresa
entre el 10-40% de las células CD34, y en mayor
proporción en tejido conectivo y en células del
estroma medular y aunque no se conoce su función en
células madre mesenquimales, un estudio muestra que si son
sometidas a stress celular mecánico se diferencian hacia
células similares a osteoblastos disminuyendo notablemente
la expresión de CD90, lo que podría mostrar que
este antígeno es un marcador de precursores mesenquimales
tempranos que pueden diferenciarse en osteoblastos . CD105,
también conocida como endoglina, es una
glicoproteína que hace parte del complejo del receptor del
Factor Transformante de Crecimiento-B o TGF-â y se expresa
en monocitos activados, macrófagos activados, precursores
eritroides, fibroblastos, células foliculares
dendríticas, melanocitos, células cardiacas,
células vasculares de músculo liso, células
endoteliales. CD105 interviene en la regulación de
distintos componentes de la matriz extracelular como fibronectina
y colágeno razón por la cual se cree que
está relacionada con procesos de angiogénesis y
reparación vascular y se sugiere que su expresión
en CMM humanas es determinante en la generación de
cardiomiocitos.

los antigenos propuestos por ISCT, otros
autores proponen moléculas como STRO-1, CD44 y CD166 para
la tipificación de células mesenquimales. En 1991
se identificó a STRO-1 como un antígeno
específico para CMM aisladas de médula ósea.
STRO-1 es un marcador que se expresa en el desarrollo temprano de
dichas células, declinando su expresión cuando
genes asociados a la diferenciación y expansión
osteogénica como el Factor de Unión Core A1 (CBFA1)
interactúa con osteopontina y osteocalcina. CD44 es una
molécula de adhesión que actúa mediante la
interacción con el ácido hialurónico,
osteopontina, colágeno, anquirina, fibronectina y
metaloproteinasas y contribuye en procesos de adhesión,
migración y proliferación de CMM . Además de
STRO-1 y CD44, se sugiere que la molécula CD166 o ALCAM
(Activated Leukocyte Cell Adhesión Molecule) interviene en
la hematopoyesis involucrando a las CMM, participando en el
mantenimiento del estado indiferenciado de células madre
hematopoyéticas y CMM . Aunque las CMM fueron descritas
como células similares a fibroblastos, la
morfología de las CMM puede variar según la fuente
de obtención; por ejemplo, se ha observado que cuando se
aíslan a partir de sangre de cordón umbilical el
93% de la población celular tiene un aspecto ovoide, con
respecto al 7% que conserva una morfología similar a los
fibroblastos. Por el contrario, cuando estas células son
aisladas a partir de medula ósea la relación de
células fibroblastoides es mayor con respecto a las
ovoides. Este aspecto morfológico es de gran importancia
ya que podría tener relación con el inmunofenotipo
de estas células según lo postulado por Chang YJ y
colaboradores quienes demuestran que si la población
mesenquimal es obtenida de sangre de cordón umbilical la
gran mayoría no expresan el antígeno CD90, mientras
que si la población es de origen medular este marcador es
determinante en su identificación, lo que podría
explicar en parte los contradictorios resultados que se
encuentran publicados con respecto a la expresión de
ésta y otras proteínas en CMM.

Caracterización

• Detección

No existe ningún método para
detectar a una célula madre mesenquimal aislada. Sin
embargo existen antígenos de superficie que pueden ser
utilizados para aislar una población de células con
capacidad de diferenciación y proliferación similar
al de las células madre mesenquimales.

• Las CMM deben adherirse al
plástico cuando se mantienen en condiciones normales de
cultivo.

• Más del 95% de la
población de CMM debe expresar los antígenos
específicos de superficie CD105, CD73 y CD90,
adicionalmente, estas células no deben expresar (menos del
2% positivas) CD45, CD34, CD14 o CD11b, CD79a o CD19 y HLA de
clase II.

• Las células deben ser capaces
de diferenciarse a osteoblastos, adipocitos y condroblastos bajo
condiciones estándares de diferenciación in
vitro.19

• Características

Las CMM son un blanco prometedor como
terapéutico biológico para un amplio rango de
necesidades médicas no resultas. Las razones para esto son
muchas e incluyen: fácil aislamiento y expansión en
cultivo, multipotencia, efectos paracrinos, propiedades
inmunomoduladoras, conducta migratoria y consideraciones
éticas.

Propiedades
inmunomoduladoras

Numerosos estudios han demostrado que las
células madre mesenquimales evitan el reconocimiento de
antígenos interfiriendo en la función de las
células dendríticas y de los linfocitos T. Tienen
por tanto un efecto inmunosupresor local debido a su capacidad de
secretar citoquinas. Este efecto se ve potenciado cuando las
células son expuestas a un medio inflamatorio
caracterizado por la presencia de niveles elevados de
interferón gamma. Otros estudios contradicen algunos de
estos descubrimientos, reflejando la naturaleza
heterogénea de las células madre mesenquimales,
así como las diferencias que pueden surgir de la
aplicación de diferentes métodos de estudio en
desarrollo.

Conducta
migratoria

EL uso de CMM para aplicaciones
terapéuticas ha sido particularmente aprobado por su
capacidad inherente de llegar a los sitios de inflamación
causados por lesión en los tejidos después de que
son inyectadas vía intravenosa. Chapel etal,
demostró en un modelo de insuficiencia de múltiples
órganos que las CMM marcadas con la proteína verde
fluorescente se alojan en numeroso tejidos, con
localización en relación a la gravedad y a la
geometría de la lesión. Este proceso es conocido
como homing (o anidamiento, en español) y es el proceso
esencial por medio del cual las células migran y se implan
en el tejido en el que tendrán efectos funcionales y de
protección. Durante la inflamación, el
reclutamiento de células inflamatorias requiere una
secuencia coordinada de adhesión de múltiples pasos
y eventos de señalización, laminación
mediada por selectinas, activación celular por citoquinas
y quimiocinas, activación de integrinas, adhesión
firme al endotelio mediada por integrinas, migración
transendotelial, y finalmente la migración/invasión
en la matriz extra celular involucrando interacciones
dependientes de integrinas y proteasas que degradan la matriz. Es
bien sabido que la dirección migratoria sigue un gradiente
de densidad de quimioquinas. El aumento de la
concentración de quimiocinas inflamatorias en el lugar de
la inflamación es un mediador clave del anidamiento de las
CMM en el sitio de la lesión. Las quimiocinas son
liberados después de los daños y las CMM expresan
varios receptores de quimiocinas. La activación de
quimiocinas es también un paso importante en el
tráfico de CMM en el sitio de la lesión.

Fuentes de
obtención

En estudios recientes se ha señalado
que las CMM pueden ser aisladas de muchos tejidos, además
de la médula ósea, incluyendo tejido adiposo,
hígado, bazo, testículos, sangre menstrual, fluido
amniótico, páncreas, periostio, membrana sinovial,
músculo esquelético, dermis, pericitos, hueso
trabecular, cordón umbilical humano, pulmón, pulpa
dental, e incluso de sangre periférica, sugiriendo que las
CMM son ampliamente distribuidas in vivo. En los últimos
años, el interés ha aumentado por las
células madre mesenquimales aisladas de tejido adiposo
(AT- CMM) dada su plasticidad de desarrollo y su potencial
terapéutico, además de que su obtención es
mucho menos invasiva que las realizada a partir de la
médula ósea y se obtienen en mayor
abundancia.

Cultivos

La mayoría de técnicas de
cultivo modernas todavía utilizan el método de
CFU-f, donde las células mononucleares de la médula
ósea no purificadas o purificadas con ficol son puestas
directamente en placas o frascos. Las células
mesenquimales, a diferencia de los eritrocitos y los progenitores
hematopoyéticos, se pueden adherir al tejido
plástico en un período que oscila entre las 24 y
las 48 horas. No obstante, ha sido identificada al menos una
población de células mesenquimales no adherentes y
se ha observado que éstas no se habían obtenido con
la técnica mencionada anteriormente.

Existe otro método de
citometría de flujo que permite el "sorting" o salida de
las células de la médula ósea mediante
marcadores de superficie específicos, como sucede por
ejemplo en el caso de las células STRO-1. Las
células STRO-1+ generalmente son más
homogéneas, y tienen tasas más altas de adherencia
y de proliferación, pero las diferencias exactas entre
STRO-1+ y las células mesenquimales aún no
están claras.

Aplicaciones
clínicas de células madre
mesenquimales

En modelos experimentales se ha demostrado
que las CMM son capaces de regenerar tejidos deteriorados o
lesionados como hueso, cartílago, tejido hepático o
miocárdico; y modular reacciones inmunes en
colagenopatías, esclerosis múltiple y trasplantes
de médula ósea.

Una de las principales aplicaciones
clínicas de las CMM consiste en la reparación de
hueso, demostrado in vivo en ratones y en caninos con defectos
cráneo-faciales y defectos de huesos largos mediante la
administración directa de CMM, con matrices como
hidroxiapatito/fosfato tricálcico (HA/TPC) mostrando
resultados satisfactorios en hueso especialmente cuando la
administración de éstas células es in situ.
Estudios sugieren que para garantizar la formación de
hueso, es necesario el uso de materiales naturales o
sintéticos (transportadores de CMM), como cerámicas
o titanio que son materiales inertes y
osteoconductivos.

La diferenciación de CMM a
condrocitos se ha realizado en matrices tridimensionales con
colágeno y con diferentes polímeros modificados
como poli acrílico (PAc), poli estireno (PEs) y
polietilenglicol (PEG). Se ha observado que la utilización
de PAc y PEs en cultivos de CMM promueven su adhesión y
proliferación sin diferenciación mientras que el
uso de PEG genera un efecto mayor sobre la diferenciación
condrogénica.

Las CMM también juegan un papel
importante en la reparación de tendón usando como
transportador colágeno tipo I con distintas
concentraciones autólogas de CMM (1, 4 y 8 x106
células/ml); obteniendo una efectividad del 30% en la
reparación del tendón, lo que constituye un avance
importante si se considera la complejidad del tejido
recuperado.

En la reparación de miocardio se han
postulado diferentes efectos de las CMM sobre el tejido cardiaco
como la diferenciación in situ de ésta
células en cardiomiocitos, liberación de factores
solubles paracrinos que promuevan la proliferación de
células residentes de tejido y/o la fusión de las
CMM con células cardiacas.

El modelo animal más usado para
evaluar esta aplicación es el corazón porcino donde
se ha observado una reducción importante del tamaño
del tejido lesionado, neovascularización y
reducción de los niveles de apoptosis.

Defectos congénitos en el
músculo esquelético como distrofia muscular y otras
miopatías, pueden ser teóricamente restaurados con
un transplante de CMM que mejora la estructura y función
del músculo. CMM obtenidas de la membrana sinovial han
mostrado in vivo potencial miogénico en el modelo de
ratón mdx con distrofia muscular de Duchenne.
Además de las propiedades regenerativas de la CMM,
éstas también tienen la facultad de afectar el
funcionamiento del sistema inmune. Estudios muestran que las CMM
pueden inhibir la proliferación de linfocitos inducida por
aloantígenos, mitógenos como fitohemaglutinina y
concavalina A; así como la activación a
través de anticuerpos anti CD3 y CD28 .Durante la
maduración de células dendríticas, las CMM
puede inhibir la expresión de moléculas
involucradas en la presentación de antigenos como CD1a,
CD40, CD80, CD86 y HLA-DR. En co-cultivo con células
mononucleares de sangre periférica, las CMM incrementan la
proporción de subpoblaciones de linfocitos T con fenotipo
de células reguladores como CD4+/ CD25alto, CD4+/CTLA-4+,
CD4+/CD25+/CTLA-4+.

Desde que las CMM fueron descritas se ha
profundizado en su caracterización fenotípica,
ontogénica y funcional; sin embargo, aún quedan
varios aspectos por dilucidar sobre su biología
especialmente en lo relacionado con su regulación a
través de nichos o microambientes particulares como la
médula ósea o el tejido cardiaco ya que si bien es
considerada una población celular particular, su
funcionabilidad puede variar dependiendo de la interacción
directa con otras células o de la liberación de
factores solubles específicos de cada microambiente; por
esta razón, es importante estudiar las CMM en el contexto
de nichos particulares y no generalizar su uso terapéutico
sin considerar las variaciones observadas según de la
fuente de obtención, número de células
utilizadas y microambiente donde se desean utilizar. Una vez se
avance en la identificación de los roles biológicos
que llevan a cabo las CMM in vivo y los mecanismos moleculares
responsables de cada una de estas funciones, la medicina
regenerativa ya no considerará tratamientos temporales
para enfermedades degenerativas, sino soluciones
terapéuticas a largo plazo para una amplia variedad de
patologías.

Bibliografía

COOPER GEOFFREY M, HOUSMAN Robert, la
celula de cooper Año: 2002 – 2ºedicion Editorial
Marbán

http://www.infocelulasmadre.com/celulas-madre-mesenquimales.html

http://www.experimentosnuevos.com/2011/02/celulas-madre-mesenquimales-identificacion/

http://bvs.sld.cu/revistas/hih/vol26_4_10/hih02410.htm

http://www.unicolmayor.edu.co/invest_nova/NOVA/nova8_artrevis1.pdf

Autor:

Katherine Andrea Hernández
Ramirez

Wendy Katherine Sua Pinto

Giuliany Retajac Bonilla

Carlos Mario Cardozo

UNIVERSIDAD DEL TOLIMA

FACULTAD DE CIENCIAS
BÁSICAS

BIOLOGÍA

IBAGUE

2012