Cardioimplante celular para reparar tejido cardíaco: ¿un nuees. Daniel Bigalli, Andrés Bico, Elvira Gossio 

Cardioimplante celular para reparar tejido cardíaco: 

¿un nuevo concepto terapéutico?

DRES. DANIEL BIGALLI ¹, ANDRéS BICO ², ELVIRA GOSSIO ³

1. Cirujano Cardíaco. Servicio de Cirugía Cardíaca-CICU. Centro Cardiovascular del Sanatorio Casa de Galicia.
2. Jefe de Servicio de Hemoterapia y Medicina Transfusional. Sanatorio Casa de Galicia.
3. Jefe de Servicio de Hematología. Sanatorio Casa de Galicia.
Correspondencia: Dr. Daniel Bigalli. Millán 4480. Montevideo-Uruguay. E-mail: dbigalli@cicu.com.uy

El concepto clásico de que el corazón es un órgano no regenerativo ha cambiado en los últimos años: hoy día se considera que el corazón es un órgano en regeneración continua. Los mecanismos que posee el organismo para la renovación de tejidos son limitados y dependen de la rapidez de instauración del daño.
El cardioimplante celular consiste en injertar células diferenciadas o progenitoras en el miocardio lesionado, con el fin de inducir el crecimiento de nuevas fibras musculares y el desarrollo de angiogénesis, para mejorar y contribuir a la contracción sincrónica.
Se han utilizado diferentes poblaciones celulares para tal fin, injertadas directamente en el miocardio o inyectadas en la circulación.
En experimentación animal, en modelos de infarto de miocardio, el implante de células autólogas diferenciadas (cardiomiocitos embrionarios, fetales, mioblastos esqueléticos) ha mostrado un mejoramiento en la función ventricular. Por otra parte, la utilización de células madre de médula ósea o tejidos extramedulares ha producido la regeneración de cardiomiocitos y estructuras vasculares incluyendo células endoteliales y musculares lisas.
El 15 de junio de 2000 se inició en Francia la fase I clínica en diez pacientes con cardiopatía isquémica necrótica, disfunción ventricular izquierda severa. Los pacientes fueron tratados con implante epicárdico de mioblastos esqueléticos en las zonas no viables y revascularización en zonas isquémicas remotas al implante. El 60% de las zonas no viables donde se trasplantaron los mioblastos adquirieron un aumento del espesor sistólico y contractilidad en las zonas necróticas.
En el mundo ya han sido tratados cientos de pacientes, con diferentes poblaciones celulares, la mayoría con insuficiencia cardíaca secundaria a cardiopatía isquémica-necrótica, en los cuales se han obtenido resultados alentadores.
Las evidencias actuales sugieren que en un futuro cercano el cardioimplante celular podría ser una opción válida para el tratamiento de ciertas enfermedades cardíacas.

PALABRAS CLAVE:    

    MIOCITOS CARDíACOS ]]>     MIOBLASTOS
    REVISIóN [TIPO DE PUBLICACIóN]

SUMMARY

The classic concept that the heart is known as a non-regenerative organ has changed in the last years: today it is considered as an organ in continuous regeneration.
The mechanisms to renew tissues are limited and depend on the speed of the production of the damage.
The cellular cardiac implant consists on grafting differentiated or progenitor cells in the damaged myocardium, to achieve the growth of new muscle fibers and angiogenesis, in order to improve and help synchronic contraction.
Different cellular populations have been used to graft directly in the damaged myocardium or injected in the circulation.
In animal experimentation, in models of myocardial infarction, the autologous transplantation of differentiated cells into damaged myocardium (such as cardiomyocyte, smooth muscle cells, fibroblasts, skeletal myoblasts) has proven successful results in the ventricle function. ]]> On the other side, the use of mother cells has produced the regeneration of cardiomyocytes and vascular structures as endothelial and smooth muscle cells.
On June 15, 2000 in France began the first phase I human trial of autologous skeletal myoblast transplantation, in 10 patients with: 1.severe left ventricular dysfunction, 2. history of myocardial infarct with a residual discrete, akinetic and metabolically nonviable scar and 3. indication for concomitant coronary artery bypass grafting in remote ischemic myocardium. In this clinical trial 60% of the initially akinetic cell implanted scar areas demonstrated a new post-operative systolic thickening with contractility.
In the world, hundreds of patients have been treated with different population cells, most of them with chronic ischemic-necrotic heart failure in which successful results have been obtained.
The actual evidences suggest that in a near future the cellular cardiac implant could be a good option for the treatment of some cardiac diseases.

KEY WORDS:

    MYOCITES, CARDIAC
    MYOBLASTS
    REVIEW [PUBLICATION TYPE]

Clásicamente se consideraba que a los pocos meses de nacer ya poseíamos el número máximo de cardiomiocitos, y que a partir de ese momento las células que se perdían ya no iban a ser reemplazadas.

Este concepto clásico de incapacidad de replicación ha cambiado en los últimos años por los resultados obtenidos en experimentación animal y en ensayos clínicos, que han demostrado que el corazón es un órgano en regeneración continua, que aumenta la producción de nuevas células musculares en respuesta a diferentes estímulos fisiológicos y patológicos ^(1,2).

Los cardiomiocitos se generan a partir de un precursor celular que se divide y da lugar a grupos de células del mismo tipo. Durante la vida fetal, estas células comienzan a diferenciarse y aparecen en su citoplasma las miofibrillas contráctiles, conservando su capacidad de división a pesar de encontrarse en un estadio indiferenciado. Esta capacidad se mantiene hasta los tres o cuatro meses de vida posnatal.

En el corazón posnatal normal, los cardiomiocitos en mitosis son aproximadamente 14 x 10⁶ y se estima que la pérdida progresiva de cardiomiocitos es de 6,4 x 10⁶ cada año, lo que demuestra que a lo largo de la vida se produce un recambio lento de los mismos, a partir de células madre cardíacas y de otros tejidos.

Este índice mitótico normal se incrementa en presencia de ciertas enfermedades, como, por ejemplo: infarto de miocardio, cardiopatías dilatadas idiopáticas ⁽³⁾.

Los mecanismos que posee el organismo de regeneración, reparación y renovación de tejidos son limitados y dependientes de la rapidez de instauración del daño o degeneración. De esta manera, la muerte de grandes cantidades de tejido de manera aguda no es susceptible de ser reparada por los mecanismos naturales del organismo debido a la escasez de células madre ^(4-6).

En la actualidad contamos con nuevas posibilidades terapéuticas basadas en la medicina regenerativa, que se propone reparar los tejidos dañados, utilizando mecanismos similares a los que de forma natural usa el organismo para la renovación de las poblaciones celulares que van envejeciendo y que deben ser sustituidas por otras que suplen su función.

Las nuevas terapias basadas en el implante de células madre para regenerar tejidos enfermos constituyen actualmente una posibilidad para el tratamiento de ciertas enfermedades cardíacas ^(7-15).

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SELECCIóN CELULAR

El objetivo del cardioimplante celular es que las células trasplantadas en el tejido cardíaco, alogénicas (de la misma especie) o autólogas (del mismo individuo), se diferencien en cardiomiocitos y participen en la mejoría funcional de los ventrículos afectados.

Las células que poseen potencialidad para el desarrollo de la corrección cardíaca pueden ser de variada procedencia, pero teóricamente es posible recurrir a células naturalmente contráctiles, como las células del tejido cardíaco o del músculo esquelético, o a células que puedan ser orientadas hacia un fenotipo contráctil, como las células madre embrionarias o adultas.

Aquí se enumeran las células estudiadas que podrían contribuir en el proceso de regeneración cardíaca o angiogénesis, o ambos (figura 1).

1. CARDIOMIOCITOS (EMBRIONARIOS, FETALES, ADULTOS)

En 1993, Koh y colaboradores, en forma experimental, demostraron el éxito del injerto de cardiomiocitos embrionarios y fetales en el tejido cardíaco normal y enfermo ^(16,17). Estas células se injertan satisfactoriamente en el miocardio, demostrándose posteriormente la presencia de discos intercalares y conexina 43, que son marcadores de la unión intracelular requerida para el acoplamiento eléctrico entre los cardiomiocitos injertados y los nativos.

Las uniones desarrolladas entre el miocardio huésped y las células injertadas dan por resultado una mejor función sistólica y diastólica.

La utilización de este tipo celular en la práctica clínica es muy complicada, ya que debe ser obtenido de embriones o fetos, creando problemas en cuanto a su disponibilidad, problemas inmunológicos y cuestiones éticas inherentes a su utilización ^(14,15).

Los cardiomiocitos adultos son células terminales diferenciadas, por lo que no se dividen y no se logra expandirlos en medios de cultivo ⁽¹⁹⁾. Sin embargo, se ha identificado una población de cardiomiocitos que proliferan en el corazón adulto, lo que aumenta la expectativa, si se logra estimularlos in vivo o aislarlos y multiplicarlos ex vivo, para utilizarlos en la regeneración de tejido cardíaco enfermo ⁽²⁰⁾.

2. CéLULAS MADRE O TRONCALES (STEM CELLS)

La célula madre (CM) o troncal se define como una célula progenitora con dos características principales:

1.    Capacidad de proliferar durante un tiempo prolongado, dando lugar a células hijas idénticas a ella (autorrenovación).

2.    Capacidad de diferenciarse hacia células maduras y funcionales (diferenciación) ⁽²¹⁾. Además poseen capacidad funcional de implantación persistente en tejidos sanos y enfermos.⁽²²⁾

Las células madre están reguladas por un mecanismo de división conservador (asimétrico), de forma tal que de su división se genera una célula equivalente a la original y otra que da cuenta del resto del programa de diferenciación. Este mecanismo de “automantenimiento” controla de forma estricta el número de células madre que existe en un determinado órgano.

No todas las células madre de un órgano participan activamente en el proceso de regeneración y mantenimiento de la funcionalidad. La mayoría se encuentra en un estado de reposo (quiescencia), lo que las protege de agresiones externas y del proceso de envejecimiento celular.

Cuando las células madre que están contribuyendo agotan su potencial y desaparecen, son sustituidas paulatinamente por la progenie de otras nuevas que se activan (sucesión clonal) ⁽²³⁾.

Pueden aislarse de la masa celular interna del embrión en estadio de blastocisto (7-14 días), y son capaces de generar “todos” los tipos celulares del cuerpo, es decir, son células pluripotenciales. Tienen la capacidad de proliferar en un estado indiferenciado a través de un tiempo prolongado de cultivo. Pueden diferenciarse en cada tipo de tejido y formar derivados de las tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo ⁽²⁴⁾.

De estas células se derivará, tras muchas divisiones celulares, el otro tipo de células, las células madre órgano-específicas.

In vitro, estas células pueden diferenciarse espontáneamente a cardiomiocitos y a células endoteliales ^(25,26).

A pesar de sus ventajas, los problemas éticos mayores con las células embrionarias humanas limitan su desarrollo y las aplicaciones terapéuticas.

2b. Células madre fetales

Se obtienen de las gónadas de los fetos.

2c. Células madre del cordón umbilical

Se obtienen de la sangre del cordón umbilical.

2d. Células madre adultas (CMA)

Aunque no hay una definición “oficial” de la plasticidad de las células madre, podría ser definida como la capacidad de dar origen a células adquiriendo características morfológicas y funcionales de un tejido diferente de aquel del que la célula originariamente derivó ^(27-29).

Las células madre hematopoyéticas son capaces de diferenciarse en tejidos como músculo cardíaco, endotelio, o en tejidos derivados de las tres capas embrionarias ^(29-32).

El trasplante de CM de la médula ósea en el miocardio no viable ofrece una nueva posibilidad de restauración de la disfunción cardíaca en corazones infartados ^(33-36).

Las células madre adultas pueden aislarse de la médula ósea o de tejidos extramedulares.

A) Células madre adultas de médula ósea

Existen cuatro líneas celulares que pueden ser aisladas de la médula ósea:

• Células madres hematopoyéticas.
• Células madre mesenquimáticas.
• Células población lateral.
]]> Células progenitoras multipotenciales adultas.

1. Células madre hematopoyéticas (CMH)

Estas células se están utilizando desde hace más de 50 años en el trasplante de médula ósea, y han mostrado su efectividad en el tratamiento de diversas enfermedades. En los primeros tiempos su fuente casi exclusiva era la médula ósea; posteriormente se extrajeron de la sangre periférica y del cordón umbilical ⁽³⁷⁾. Se aíslan de la médula ósea identificándolas por medio de marcadores de superficie: CD133⁺, CD34⁺, CD34^-, CD38⁺, CD117⁺ (c-kit), CD34^-, CD38^-, Lin^- (marcadores de linaje celular) ⁽³⁸⁾.

Varios autores señalan que en algunos casos se pueden expresar CD45 ⁽³⁹⁾.

Las células CD34^- podrían representar un estadio más primitivo que el de las CD34^{+ (40)}.

También es posible que algunas de las células CD34^- correspondan a la subpoblación medular recientemente identificada como “población lateral”, que contiene una alta proporción de células CD34^{- (29,40-42)}.

Las CMH son capaces de contribuir a la angiogénesis y la vasculogénesis in vivo de forma tal que las células CD34⁺ no solo contienen progenitores hematopoyéticos, sino también células progenitoras endoteliales ^(29,43).

El grupo de Anversa y Orlic ha demostrado, en un modelo de infarto de miocardio murino, que la inyección de estas células en el corazón dañado da por resultado la colonización, en más de la mitad del área infartada, produciendo un mejoramiento en la contractilidad y una disminución del proceso apoptótico ⁽³¹⁾.

El potencial de las CMH para adquirir características de músculo cardíaco, esquelético, de neuronas adultas, y de contribuir a otros tejidos como el epitelio pulmonar, gastrointestinal, renal o de piel se ha descrito recientemente in vivo ^(44-46).

Son identificadas y aisladas por distintos marcadores de superficie como: SH2, SH3, CD29, CD44, CD71, CD 90, CD133 y CD106 ⁽³¹⁾.

In vitro las CMM son capaces de diferenciarse en tejidos mesodérmicos funcionales, como tejido cardíaco, óseo, muscular esquelético ⁽⁴⁷⁾.

Estas células pueden tener un papel potencial para el tratamiento de enfermedades cardíacas, fundamentalmente para la regeneración muscular.

3. Células población lateral (del inglés: “side population cells”)

Se han aislado de médula ósea y de músculo. Estas células son progenitores biogénicos ⁽⁴⁸⁾, a nivel experimental, en un modelo murino de infarto de miocardio, se ha logrado diferenciarlas en células con características de músculo cardíaco y endotelio ⁽⁴⁹⁾.

4. Células progenitoras multipotenciales adultas (del inglés: “multipotent adult progenitor cells”=MAPC)

Esta población celular fue descubierta en el año 2002 en la Universidad de Minesota (EE.UU.). Son auténticas células pluripotenciales con capacidad de diferenciarse en tejidos procedentes de cualquiera de las tres capas embrionarias (endodermo, mesodermo y ectodermo), muy similar al de las células madre embrionarias ^(39,50).

Por otra parte, las condiciones que se requieren para que se diferencien en tipos celulares específicos no están totalmente esclarecidas, por lo que constituye un tema de gran interés y objeto de diversas investigaciones en la actualidad ⁽⁵¹⁾.

B) Células madre adultas de tejidos extramedulares

Son similares a las obtenidas de la médula ósea ⁽⁹⁾.

Estas células autólogas mononucleares pueden movilizarse desde la médula ósea, con la administración de citoquinas en la forma de factores de crecimiento, por ejemplo: factor estimulante de colonias de granulocitos, estatinas y luego ser extraídas para su utilización ⁽⁵²⁾.

2. Células madre cardíacas

Beltrami y colaboradores han demostrado, en experimentación animal, que en el corazón adulto es posible aislar células madre multipotenciales capaces de diferenciarse in vitro e in vivo en cualquiera de los tejidos necesarios para reconstituir un corazón dañado, esto es, endotelio, músculo liso y músculo cardíaco ⁽⁵³⁾.

Si estos resultados pudieran ser reproducidos en humanos, las perspectivas terapéuticas serían enormes.

3. Células madre de músculo esquelético (mioblastos)

Las células satélite o mioblastos son las células precursoras de las fibras musculares localizadas por debajo de la membrana basal. Aunque las células satélite se encuentran habitualmente en estado quiescente, ante la presencia de un daño muscular son capaces de proliferar y diferenciarse hacia nuevas fibras musculares ⁽⁵⁴⁾. Son muy resistentes a la isquemia, se multiplican después de una injuria y poseen un alto poder para mitosis múltiples ^(55,56).

La posibilidad de expandir in vitro el número de progenitores musculares ha permitido realizar estudios en modelos animales con infarto de miocardio en los que se han implantado mioblastos, demostrando que dichas células son capaces de injertarse y terminar su proceso de diferenciación hacia fibras musculares, contribuyendo a mejorar la función cardíaca y la supervivencia de los animales ^(56-58).

A pesar del beneficio terapéutico observado en los modelos animales, existe una importante controversia sobre si las células musculares esqueléticas implantadas en el miocardio son capaces de adquirir las características necesarias para poder transmitir el estímulo electromecánico. Mientras que algunos de los estudios iniciales indicaban que los mioblastos, una vez implantados, expresan proteínas específicas de músculo cardíaco: conexina 43 o discos intercalares ⁽⁵⁹⁾, otros más recientes sugieren que los mioblastos no se transdiferencian a músculo cardíaco ^(60,61).

4. Células musculares lisas

Pueden obtenerse de un segmento de arteria, del apéndice cecal o del útero.

Estudios in vitro han demostrado la expansión de estas células. Luego del implante en el miocardio patológico, las células musculares lisas proliferan y se hipertrofian en respuesta a las contracciones ⁽⁶²⁾.

5. Células endoteliales vasculares

Pueden obtenerse de arterias o venas con el fin de producir angiogénesis y neovascularización ⁽⁶³⁾. Se han trasplantado experimentalmente células maduras endoteliales expandidas en miocardio isquémico. Las células endoteliales inducen un extenso plexo capilar, pero no pueden promover la formación de vasos suficientes para regenerar el miocardio isquémico. Sin embargo, las células endoteliales bien diferenciadas de las venas umbilicales humanas forman cardiomiocitos, lo que permite plantear la utilización del cordón umbilical como fuente de células endoteliales humanas como fin terapéutico.

También podrían multiplicarse ex vivo progenitores endoteliales humanos circulantes ⁽⁶⁴⁾.

6. Células madre del tejido adiposo

El tejido adiposo, como la médula ósea, deriva del mesénquima embrionario y contiene un estroma que puede ser aislado con facilidad. En esta fracción estromal existen células madre multipotentes que pueden diferenciarse a células adipocitarias, osteogénicas y biogénicas.

A nivel experimental, estas células aisladas en el tejido adiposo del conejo y cultivadas en presencia de 5-azacitidina se transforman en células del tipo de cardiomiocito: latido espontáneo luego de tres semanas, expresión de cadena pesada de la miosina, de a-actinina y de la troponina ⁽⁶⁵⁾.

VíAS UTILIZADAS PARA EL IMPLANTE CELULAR

Las diferentes vías utilizadas para el cardioimplante celular son resumidas en la tabla 1.

La vía epicárdica quirúrgica fue la primera utilizada en la fase clínica, en pacientes con insuficiencia cardíaca crónica (isquémica-necrótica). El implante celular se realiza en el espesor del tejido necrótico-no viable por múltiples punciones ⁽⁶⁷⁾.

La vía intravenosa sistémica tiene la desventaja de que la distribución de las células, inyectadas no es selectiva ⁽⁷²⁾.

La vía intracoronaria se basa en el potencial migratorio de las células, las que son retenidas a través de la membrana basal. Esta vía es utilizada principalmente para los pacientes con IAM a los que se le realiza angioplastia primaria y luego se inyectan las células madre en la arteria tratada . Algunos trabajos han mostrado que por esta vía se podrían producir microembolias y potencialmente disminuir el aporte sanguíneo en pacientes isquémicos ^(74-78). También podría ser útil en cardiopatías no isquémicas ⁽⁶⁷⁾.

La vía intravenosa coronaria consiste en introducir un catéter especial en el seno coronario y luego se avanza el extremo del mismo hacia la vena interventricular anterior, y desde ésta se realizan las microinfusiones de las células a través de múltiples punciones ⁽⁷³⁾.

ENSAYOS CLíNICOS

El 15 de junio de 2000, Menasché y colaboradores ⁽⁷⁹⁾ iniciaron en Francia la fase I clínica. En este ensayo se incluyeron diez pacientes con cardiopatía isquémica necrótica, disfunción ventricular izquierda severa (FEVI £ 35%), zona necrótica no viable, y con indicación para cirugía de revascularización en un área isquémica diferente a la zona del infarto.

Este protocolo constó de tres pasos:

1)    Biopsia muscular del vasto lateral del muslo.

2)    Cultivo de la biopsia en el laboratorio durante dos a tres semanas hasta obtener un campo celular abundante, viable y altamente purificado (al menos 400.000.000 células con 50% de mioblastos).

3)    Cirugía: cardioimplante de mioblastos en la éscara posinfarto (vía epicárdica) y, en áreas isquémicas remotas, revascularización con puentes coronarios.

Desde el comienzo de la fase clínica, cientos de pacientes, la mayoría con cardiopatía isquémica-necrótica, han sido tratados en el mundo con cardioimplante celular.

En la tabla 2 se detallan los principales ensayos clínicos publicados en la literatura desde 2003 a 2005 en nueve países, en los que se utilizó la vía epicárdica-quirúrgica para el implante de mioblastos o células madre de médula ósea y revascularización miocárdica en áreas isquémicas diferentes a las zonas necróticas, la mayoría en pacientes con cardiopatías isquémicas necróticas.

Si bien el número de pacientes tratados no es importante, los resultados han sido satisfactorios con seguimientos de hasta dos años; la mayoría concluye que existieron cambios en las zonas no viables, observando neoangiogénesis, incremento del espesor sistólico de la pared, recuperación funcional y en algunos casos aumento de la actividad metabólica y viabilidad positiva ^(80,90).

En la tabla 4 se observan los ensayos clínicos en los que se utilizaron las vías transendocárdica y transvenosa coronaria ⁽¹¹⁹⁾, en pacientes con patología isquémica necrótica. Los autores también observaron resultados alentadores ^(115-120).

ANGIOGéNESIS COMO COADYUVANTE
DEL TRASPLANTE CELULAR

Recientemente se ha puesto de manifiesto el interés de promover angiogénesis cardíaca por medio del trasplante de células endoteliales vasculares o células progenitoras endoteliales ^(15,99-101). Esta posibilidad encierra un potencial importante como coadyuvante del trasplante celular biogénico, con el fin de inducir angiogénesis en el miocardio lesionado, debido a que la mortalidad de las células después del implante en las áreas fibróticas puede ser alta, por los bajos niveles de oxígeno y nutrientes.

De allí que la terapia basada en células angiogénicas es un desarrollo importante para tratar la isquemia del miocardio debido a la inestabilidad y las respuestas adversas que se presentan a los vectores angiogénicos de la terapia génica ⁽¹⁰²⁾ y las limitaciones en el empleo de los factores de crecimiento, los que presentan riesgos de efectos sistémicos (angiogénesis de retina, hiperplasia de la íntima arterial con desarrollo de placas de ateromas y potenciación en el crecimiento y en las metástasis de tumores ocultos).

Existen dos modalidades para producir angiogénesis: 1) terapia génica utilizando adenovirus como vectores con la administración de factores de crecimiento angiogénicos (factor de crecimiento endotelial vascular, factor de crecimiento fibroblástico, factor de crecimiento hepatocítico), y 2) el trasplante celular, utilizando células madre mesenquimáticas o hematopoyéticas, principalmente células progenitoras endoteliales (CD 34+) ⁽¹⁰³⁾. Ambas han mostrado ser efectivas, mejorando el flujo sanguíneo colateral en el miocardio isquémico ^(104-106).

• Los resultados obtenidos en experimentación animal y en ensayos clínicos han demostrado que el corazón se encuentra en un proceso continuo de crecimiento, muerte y renovación.
• El uso de células madre multipotentes, capaces de diferenciarse en cualquier tipo celular, se presenta como una estrategia terapéutica prometedora. Sin embargo, el tipo celular óptimo, número de células a implantar, vías de implante y la población de pacientes no han sido aún identificados.
• La mayoría de las evidencias sugieren que en un futuro cercano el cardioimplante celular podría ser una opción válida para el tratamiento de ciertas enfermedades cardíacas.
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