¿Qué son y que papel tienen las células madre en el tratamiento de COVID-19?

El término ¨células madres¨ se hace resonar en muchos de los principales medios de comunicación, con anuncios y estrategias de marketing-directo-al-consumidor, ofreciendo tratamientos para un amplio número de enfermedades desde autismo hasta insuficiencia cardíaca, con muy limitada evidencia científica para ello. Es de vital importancia que en el contexto de la pandemia, con tantas opciones teóricas y tan poca evidencia, reforzemos los conocimientos moleculares para así poder aplicar estas terapias innovadoras, como el de las células madre.

Pero en realidad, ¿Qué son las células madres?

Primero definamos algunos términos.

Célula embrionaria: Células madre encontradas en tejido embrionario, tienen la capacidad de autorenovarse y son pluripotenciales, teniendo la habilidad de diferenciarse en las tres capas germinativas y en células adultas.

Célula madre pluripotencial inducida (iPS) : Células somáticas reprogramadas, la implantación in vivo de células iPS resulta en la formación de tejidos de las tres capas germinales.

Célula madre adulta: Células de tejido adulto que tienen la capacidad de tener autorenovación a largo plazo y diferenciarse en las células específicas del tejido en que residen.

Célula progenitora: Un término tradicionalmente usado para describir células relativamente inmaduras que tienen la capacidad de ploriferar y dar origen a células maduras post-mitosis en un tejido determinado, contrario a las células madre, las células progenitoras por lo general tienen limitada o poca capacidad de autorenovación y pueden expresar vejez (senectud) desoués de múltiples duplicaciones. En la literatura hay confusión entre los término ¨madre¨ y ¨progenitora¨

Hay tres tipos de células madre en función de su capacidad de producir linajes celulares:

Totipotente: Capaces de generar un organismo completo.
Pluripotente: Capaces de generar un tejido.
Multipotente: Crean tipos célulares de un tejido determinado.

Por ende, el término célula madre aplica para ciertas células con estas funciones enumeradas arriba, y otras que ya hablaremos, pero algo que quiero remarcar es que no todas las células madres hacen las mismas funciones, no todas son seguras de aplicar y definitivamente cada una tiene su propia función característica. La variación de estas células está en función de la variante de los huéspedes, no es lo mismo una célula madre en un paciente de 70 años ex-fumador, a una célula madre de un paciente adolescente/adulto joven sano sin comorbilidades. Por lo cual las células madre mesenquemiales (MSCs) han cobrado especial atención en el mundo de las células madre. Es importante aclarar que hay dos tipos de células siendo fuértemente estudiadas en la actualidad: iPS y MSCs. Las principales diferencias las enumeramos en la tabla 1. También es importante recalcar que la fuente de las células madre puede ser alogénico (de un donante) ó autólogo (el donador es el paciente), se ha demostrado que el perfil mas seguro sin efectos adversos es el de la fuente alogénica

Células Madre Mesenquimales (MSCs).

Son células inmaduras capaces de autorenovarse y diferenciarse en diferentes tipos celulares de las tres capas germinativas. Se ha intentado esclarecer los criterios para definir una MSC, inicialmente se plantearon tres criterios principales:

Deben ser adherentes.
Deben tener CD105, CD73 y 90; pero no CD45, CD34; o los antígenos CD19 ó HLA-DR.
Se deben diferenciar en osteoblastos, condroblastos o adipocitos, al recibir una adecuada estimulación.

El hecho de ser adherentes significan que las células deben ser capaces de adherirse al tejido donde se van a alojar. Al introducirse a el organismo no deben propiciar una respuesta inmune, para ello los científicos han agrupado las MSCs que no desencadenan una respuesta inmune por sus clusters de diferenciación que presentan en la membrana, o bién, las células que no desencadenan inmunidad tienen los CD105, CD73 y CD90, pero si estas células tambipen presentan CD45, CD34 o antígenos CD19 ó HLA-DR estas células desencadenan respuesta inmune.

Las funciones de las MSCs son: multipotencia, trofismo, migración/dirección, y supresión de inmunidad. Estas células son sensitivas a su microambiente en las cuales se encuentran. Dependiendo de este microambiente, las MSCs realizan una determinada función (o todas).

Exosomas

Las MSCs actuan como un sistema localizado de entrega de factores de crecimientos y exosomas, pero una misma célula puede interactuar en diferentes microambientes. Se cree que los efectos de las células madres en los tejidos se debe a los exosomas, que son vesículas externas alojadas en la membrana celular, compuestas de su propia membrana de bicapa lipídica, son muy estables y contienen una variedad amplia de moléculas como cadenas de RNA, metabolitos, lípidos y varias clases de proteinas.

Esto se descubrió dado que en modelos de estudio en animales se observó la migración celular no correspondía con sus efectos. Por ejemplo, en modelos animales de fibrosis quística ocasionada con bleomicina, se observó que el tránsito de las MSCs en los pulmones se alcanza en 1 hr, pero las células migraban, es decir, no se quedan en los tejidos a pesar de realizar su función. Aún así ocasionaron ploriferación de las células basales y su diferenciación en los diferentes linajes que componen el epitelio respiratorio. A este comportamiento migratorio se le llamó: pisa y corre, lo cual refiere que las células pueden ejercer su efecto sin quedarse en el tejido y diferenciarse, lo cual amplió la aplicación de las células madres a vías parenterales y revolucionó el estudio de sus efectos. Se cree que estas vesículas son las responsables de la metástasis de células cancerígenas. Los términos microvesículas y vesículas extracelulares son intercambiables con exosomas en la literatura.

Multipotencia

La multipotencia se refiere a la capacidad de diferenciarse en distintos linajes de células, principalmente adipogénesis, osteogénesis y condrogénesis. Los mecanismos principales son mostrados en las siguientes figuras.

También se ha demostrado en algunos estudios diferenciación de estas células en el linaje endotelial y de mioblastos, pero los estudios aún no son conclusos. El modo en que estas células se diferencian es demostrado in vitro y en modelos animales, aún existe poca evidencia acerca de la diferenciación de estas células in vivo, por lo cual los científicos parten de las similitudes de los tejidos animales para ver la interacción de las MSCs con los microambientes.

Dependiendo del tejido en cuestión, se requieren factores de diferenciación que dependen de cada linaje de células.Se puede inducir adipogénesis in vitro con dexametasona, insulina, isobiltilmetilxantina, e indometacina. La condrogénesis se puede inducir en cultivos con gránulos TGF-B1 ó B3, IGF-1, FGF-2, ó BMP-2. La osteogénesis se induce por medio de glycerofosfato, Vit D3, BMP-2,4, 6 y 7.

Supresión inmunitaria.

La supresión inmunitaria se logra por medio de efectos diréctos en los linfocitos, y por otro lado por secresión de citoquinas/factores de crecimiento, que polarizan y modulan las células de la respuesta inhata. Las MSCs carecen de CMH-II, pero en el microambiente inflamatorio por medio de interleucinas como IL-1B, TNF-a e INF-Y, hace ¨upregulation¨ de los CHM-II, por lo cual su interacción al interacturar los CD8+ y CD4+ no desencadenan ninguna respuesta o diferenciación.

Obstuyen la diferenciación de los Linfocitos B a células plasmáticas; también inhiben el potencial citotóxico de los linfocitos Natural Killers (NK) así como su habilidad para secretar INF-Y.

Al igual que en los linfocitos t vírgenes, el Th17 es inhabilitado de respuesta inmune al interacturar con los CMH de las MSCs, consecuentemente su producción de interleucinas es inhibida, permitiendo la diferenciación inmunidad por Linfocitos Th1 CD4+. Además, las MSCs evitan que las células dendríticas inmaduras se diferencien en su forma madura y ssu abilidad para expresar HLA-Clase II.
Por último los macrófagos son polariados en su forma reguladora M2. Una lista de principales moléculas responsables de esta respuesta son enlistados en la tabla 2.

Tropismo

Hay mucha confusión acerca del término tropismo, la RAE lo define como ¨Movimiento de orientación de un organismo sésil como respuesta a un estímulo¨, la palabra ¨sesil¨ refiere a que la célula está sujeta al estrato, que quiere decir que el tropismo de las células madres es mantener homeostásis en un microambiente lleno de estímulos no propios del tejido en el que se encuentra.
Las MSCs al estar en presencia de factores de crecimiento (Factor de crecimiento derivado de plaquetas, factor estimulante de colonias de macrófagos, de granulocitos, trombopoietina, eritropoyetina [EPO], angiopoietina 1 (Ang-1) ), o de interleucinas/quimiocinas (pe IL-6, CXCL12, CCL-5), y moléculas de matriz extracelular (proteoglicanos). No terminariamos de enumerar todos los mecanismos moleculares en esta revisión, pero para ejemplificar la Ang-1 y CXCL12 producidas por las MSCs tienen un impacto mayor en la angiogénesis, mientras que la neurotrofina-3 (NT-3) liberada por las MSCs promueven la neurogénesis.

Residencia y Migración

Es primordial para el conocimiento de la farmacocinética y farmacodinamia de estas células determinar los pasajes sistémicos al adoptar la medida de transferencia, los hallazgos de esta función se han esclarecido por medio de estudios pre-clínicos, aún los datos en humanos no son conclusos. Esta se cree que ocurre en tres formas:

1-Pasaje/localización en tejidos no específicos

2-Residencia en nichos nativos

3-Migración hacia tejidos dañados y/o enfermos.

El tráfico de las MSCs se da por las moléculas metaloproteinasas (MMPs), las cuales interactuan con el endotelio celular dañado/enfermo motivándolas a expresar dipeptidasas, dirigiendo la migración hacia los tejidos. Las MMPs interaccionan con la matriz extracelular y con el endotelio, siendo la MEC una barrera de entrada para los linfocitos y el endotelio para las células atraidas por las quimiocinas. El endotelio expresa moléculas de adhesión (dipeptidasas) permitiendo el paso de células previamente ¨pavimentadas¨ atraidas por las interleucinas de las células de la respuesta inmune.

COVID-19 y discusión

La supresión inmune antagoniza los acápites claves de la tormenta de citoquinas observada en el COVID-19 que precede y media la evolución a SARS. En febrero 2020, se inscribieron a un ensayo clínico a 7 pacientes ingresados el el hospital de Beijin YouAn el 23 de Febrero (Leng, et al. 2020). La muestra era de 10 pacientes, 7 en grupo de transferencia de MSCs y otros 3 como control, se les dió MSCs si no presentaban mejoría con el tratamiento normativo para COVID-19, sólamente 1 paciente se encontraba en estado crítico; analizaron los niveles de interleucinas y de factores de tropismo/inmunosupresores. Hubo una muerte en el grupo control, en contraposición todos los del grupo tratado sobrevivieron y presentaron mejoría del panel inflamatorio. Se le dió seguimiento a todos los pacientes 14 días posterior al alta, no presentaron efectos adversos. Aunque estos hallazgos son prometedores, tienen muestras pequeñas y los resultados deben interpretarse con cuidado.

Actualmente hay más de 50 ensayos clínicos enlistados en clinicaltrials.gov y ya existen otros reportes de varios ensayos clínicos realizados en el contexto de ARDS en COVID-19, pero con muestra muy pequeña, por lo cual es preciso que los próximos estudios remarquen los estándares de seguridad (cultivo, criopreservación y montaje) y procedimientos establecidos para la detección de marcadores de seguridad, para validar los resultados de estos estudios sin controversia.

Muchos científicos han comunicado su preocupación acerca de las fallas en la regulación de previos ensayos clínicos con MSCs. Aunque la investigación actual indica la aplicación existosa de las MSCs en enfermedades degenerativas y otras patologías, los datos actuales de ensayos clínicos con células madres son muy limitados en el contexto de otras enfermedades. A pesar de toda la teoría y los estudios preclínicos previos, no existe un meta-análisis, y el nivel mayor de evidencia (respecto a la aplicación clínica de MSCs) son los resultados preliminares del estudio multicéntrico comparativo ReCell.

El objetivo de este artículo no es incentivar el uso indiscriminado de MSCs en el paciente con COVID-19 severo, sino insistir en que este es aún un tratamiento experimental, no tiene evidencia irrefutable (pero sí prometedora), y que basados en las observaciones de estudios preclínicos y clínicos, las MSCs son un perfecto candidato para su aplicación en esta pandemia, siguiendo todos los estándares de ética para la realización de ensayos clínicos, y no caer en falsas promesas y prácticas de marketing depredadoras para los pacientes, y así acumular información fidedigna para determinar las ciencias moleculares de las MSCs y sus beneficios.

Dosificación usada en estudios in vivo:

Típicamente una dosis de MSCs es de 1-10 x 10⁶ MSCs/kg.

Si te gustan estas contribuciones y las encuentras útiles por favor, compártelo con tus amigos. Sígueme en mis redes sociales, se que vas a encontrar mucho contenido interesante. Cualquier duda que tengas estoy a un mensaje de tu disposición. ¡Muchas gracias por leer!

Que no te engañen con falsa evidencia. No te pierdas el curso de medicina basada en evidencias. !Entra ya! !Te ayudará mucho!

Bibliografía:

Tsuchiya A, Takeuchi S, Iwasawa T, Kumagai M, Sato T, Motegi S et al. Therapeutic potential of mesenchymal stem cells and their exosomes in severe novel coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases. Inflammation and Regeneration. 2020;40(1).
Metcalfe S. Mesenchymal stem cells and management of COVID-19 pneumonia. Medicine in Drug Discovery. 2020;5:100019.
Hadryś A, Sochanik A, McFadden G, Jazowiecka-Rakus J. Mesenchymal stem cells as carriers for systemic delivery of oncolytic viruses. European Journal of Pharmacology. 2020;874:172991.
Leng Z, Zhu R, Hou W, Feng Y, Yang Y, Han Q et al. Transplantation of ACE2- Mesenchymal Stem Cells Improves the Outcome of Patients with COVID-19 Pneumonia. 2020.
Naji A, Eitoku M, Favier B, Deschaseaux F, Rouas-Freiss N, Suganuma N. Biological functions of mesenchymal stem cells and clinical implications. Cellular and Molecular Life Sciences. 2019;76(17):3323-3348.
Sengupta V, Sengupta S, Lazo A, Woods P, Nolan A, Bremer N. Exosomes Derived from Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells as Treatment for Severe COVID-19. Stem Cells and Development. 2020;29(12):747-754.
Atluri S, Manchikanti L, Hirsch JA. Expanded Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells (UC-MSCs) as a Therapeutic Strategy in Managing Critically Ill COVID-19 Patients: The Case for Compassionate Use. Pain Physician. 2020;23(2): E71-E83.
Khoury M, Cuenca J, Cruz FF, et al. Current status of cell-based therapies for respiratory virus infections: applicability to COVID-19. Eur Respir J 2020; 55: 2000858 [https://doi.org/ 10.1183/13993003.00858-2020].