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Células madre en el sistema cardiovascular de los perros

(Canis Lupus Familiaris)

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Hernández M.D. *

Ruiz C.G1 

Jiménez T.R.*

Gutiérrez V.M.E.*

Medina D.R.*

Espinosa A.O.*

Introducción

 

Las células madre se definen como células que tienen la capacidad de auto renovarse, capaces de mantener, generar y reemplazar células diferenciadas en un tejido específico como consecuencia de la renovación celular fisiológica o daño tisular debido a una lesión (Korbling & Estrov, 2003). Se encuentran en muchos tejidos, importantes para el mantenimiento de la homeostasis del tejido y para la reparación de tejidos después de una lesión (Pastrana, Silva-Vargas, & Doetsch, 2011). Diversas especies de animales, sirven como modelos biológicos en la evaluación preclínica para aplicaciones de células madre en seres humanos así como en pacientes veterinarios que padecen patologías comunes, como la lesión en la médula espinal e infarto de miocardio (Fortier & Travis, 2011). Cabe señalar que ciertos aspectos de la biología de las células madre son específicas de cada especie (Harding, Roberts, & Mirochnitchenko, 2013).

 

La terapia con células madre mantiene la promesa de reemplazar el músculo cardíaco perdido y mejorar la revascularización cardiovascular. La viabilidad de la terapia para la enfermedad cardiovascular proviene de experimentos con animales que demuestran que las células madre adultas podrían convertirse en células del músculo cardíaco (miogénesis) y participar en la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis y vasculogénesis) en el corazón después de un infarto del miocardio (Abbott & Giordano, 2003). El corazón del perro (Canis lupus familiaris) posee una reserva de células madre cardiacas que se caracteriza por células indiferenciadas que son auto-renovables multipotentes, estas células poseen un factor de crecimiento de hepatocitos (HGF, por sus siglas en inglés) y un factor de crecimiento similar a la insulina-1 (IGF-1, por sus siglas en inglés) las cuales pueden ser activados para inducir su migración, proliferación, y supervivencia (Linke et al., 2005). El uso de los canis que presentan algún tipo de patología, abre nuevas opciones para el desarrollo de estrategias en la regeneración basados ​​en células, ya que la mayoría de las enfermedades del canis son funcionales y estructuralmente similares a los descritos en los seres humanos (Penha et al., 2014).

 

Es necesario entender el funcionamiento de células madre y la evidencia preclínica para la seguridad y la eficacia terapéutica (Harding et al., 2013). El mecanismo por el cual las células madre podrían mejorar la función cardiaca no es clara (Mathur & Martin, 2004). Sin embargo, las observaciones experimentales o clínicas hasta la fecha, indican que las células madre trasplantadas secretan factores para reducir la lesión tisular o mejorar la reparación de tejidos (Lai, Chen, & Lim, 2011). La terapia con células madre ofrece la posibilidad de un tratamiento efectivo para reparar el corazón. Aunque la investigación se ha realizado en animales de laboratorio para analizar la seguridad y eficacia de este nuevo enfoque, los resultados no han sido del todo concluyentes (Mathur & Martin, 2004).

 

En los últimos años, la investigación sobre células madre ha abierto expectativas en el campo clínico; debido a su disponibilidad, facilidad de manipulación, y potencial terapéutico. Se han convertido en una de las opciones más atractivas para el tratamiento de una amplia gama de enfermedades cardiacas (Mazo, Arana, Pelacho, & Prosper, 2012). Recientemente, se ha demostrado que el corazón posee una población natural de células madre, estas células son capaces de auto-renovarse, tal es el caso de las células endoteliales, células musculares lisas y los cardiomiocitos (Hodgkiss-Geere et al., 2012). 

 

Las enfermedades cardiovasculares son objeto de estudio para terapias experimentales basadas en células madre (Lai et al., 2011), las cuales son capaces de diferenciarse dentro del miocardio dañado; limitando la pérdida de la función contráctil (Silva et al., 2005).

 

Sistema cardiovascular y las células madre

La miosina es la proteína principal, el motor en muchos órganos musculares, incluyendo el corazón (músculo estriado), y su interacción con la actina es un proceso clave en la función de la bomba cardiaca. Los inhibidores específicos de esta interacción pueden proporcionar información sobre el mecanismo molecular del corazón y la función muscular, así como proporcionar nuevos enfoques terapéuticos (Dou, Arlock, & Arner, 2007). 

 

El corazón es un órgano posmitótico caracterizado por un número predeterminado de miocitos, que se definen poco después del nacimiento y se conservan durante toda la vida hasta la muerte del organismo (Torella et al., 2004). 

Está constituido por tres capas:

 

1) el miocardio, el cual se origina a partir de las células del mesodermo de la placa mio-epicardial, 

2) el epicardio, es la capa visceral del pericardio seroso, el cual contiene numerosas terminaciones nerviosas libres y 

3) el endocardio, es el seguimiento del endotelio, de los grandes vasos del corazón (Mihail, 2014).

 

Las fuentes principales de los miocitos son: 

 

a) células progenitoras circulantes, que a través del torrente sanguíneo llegan al miocardio y se diferencian en miocitos; 

b) la división mitótica de los miocitos pre-existentes y 

c) células madre multipotentes epicárdicas capaces de diferenciarse en miocitos, células del tejido conectivo, vascular y liso (Nadal-Ginard, Ellison, & Torella, 2014). 

 

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Los miocitos producen factores de crecimiento y citoquinas, mientras que las células madre cardiacas cuentan con receptores de activación autocrina, por lo que la producción del factor de crecimiento se activa simultáneamente (Torella, Indolfi, Goldspink, & Ellison, 2008). Las células madre tienen un potencial terapéutico regenerativo ya que se dividen y maduran dentro del músculo cardiaco. La fuente de este potencial de regeneración está constituido por células madre cardiacas residentes (Torella, Ellison, Karakikes, & Nadal-Ginard, 2007). 

 

Regeneración cardiaca

El uso de células madre para generar células de reemplazo en el músculo dañado del corazón, las válvulas, los vasos y las células de conducción tiene un gran potencial  (Srivastava & Ivey, 2006). Cada tejido es un producto de las células madre y la evidencia sugiere que esencialmente todos los tejidos de mamíferos adultos alberga una población de células madre o población de células madre progenitoras que participan en el mantenimiento o la regeneración del tejido del huésped en respuesta a una lesión (Rasmussen, Raveendran, Zhang, & Garry, 2011). 

 

En el corazón la regeneración y la diferenciación terminal, podría llevarse a cabo mediante la sustitución de los cardiomiocitos perdidos o dañados a través del trasplante de células madre que tienen la capacidad de diferenciarse entre ellas (Beltrami et al., 2001). Los genes que determinan el linaje del músculo cardíaco interactúan directamente con las proteínas del retinoblastoma para producir y mantener el estado de diferenciación terminal (MacLellan et al., 2005). La regulación en la proliferación de los cardiomiocitos es importante para la regeneración y el desarrollo del corazón. Los patrones de proliferación de los cardiomiocitos están estrechamente relacionados con la morfogénesis del corazón, el tamaño, y su función (Takahashi & Yamanaka, 2006). 

Reparación cardiaca

Las células madre multipotentes cardiacas pueden ser capaces de renovar el miocardio en condiciones normales y auto-renovarse cuando el corazón ha sufrido daños después de un infarto (Anversa & Nadal-Ginard, 2002). La renovación de los miocitos adultos se realiza sobre todo por la división de cardiomiocitos preexistentes (Senyo et al., 2013).

 

El infarto de miocardio desencadena una cascada inflamatoria que resulta en la curación y la sustitución del tejido dañado con cicatriz. La necrosis de los cardiomiocitos desencadena a su vez mecanismos de inmunidad innata activando la respuesta mediada por receptores tipo Toll, que activan la cascada del complemento y la generación de especies reactivas de oxígeno (Frangogiannis, 2006). La represión de mediadores inflamatorios es seguido por la infiltración del miocardio infartado con miofibroblastos y la deposición de matriz extracelular, las proteínas, lo que conduce a la formación de una cicatriz a base de colágeno (Yousef, Redwood, & Marber, 2000). El proceso de reparación cardiaca se puede dividir en tres fases: la superposición de la fase inflamatoria, la fase proliferativa y la fase de maduración. Durante la fase inflamatoria, la muerte de los cardiomiocitos y la hipoxia resulta en la generación de radicales libres, la iniciación de la cascada del complemento, la activación del factor nuclear (NF)-kB y del receptor Toll (Bujak & Frangogiannis, 2007). 

 

Infarto del miocardio y el uso de las células madre

En la última década el objetivo de la investigación cardiovascular ha sido el de encontrar métodos para sustituir los cardiomiocitos dañados, a consecuencia de un infarto al miocardio (Terzic & Nelson, 2010). El infarto al miocardio se desencadena con la ruptura de la placa aterosclerótica, debido a la ulceración o fisuras en una o más arterias coronarias, lo que conlleva a la disminución del flujo sanguíneo miocárdico, y por consiguiente a la necrosis de los cardiomiocitos (Roe et al., 2000).

En los casos donde existe una lesión miocárdica con necrosis, debido a una condición distinta como es la oclusión arterial o una enfermedad arterial coronaria, se le adjudica a un desequilibrio en el intercambio de oxígeno al miocardio (Bertrand et al., 1982). La necrosis completa de las células del miocardio requiere al menos de 2-4 horas, dependiendo de la circulación colateral a la zona isquémica, de oclusión arterial coronaria persistente o intermitente, en la sensibilidad de los miocitos a la isquemia, y de la demanda individual de oxígeno y nutrientes (Thygesen, Alpert, White, & Joint, 2007). La lesión isquémica aguda es un fuerte inductor de la remodelación cardiaca, lo que resulta en cambios estructurales en la matriz extracelular y en la membrana basal (Lauten et al., 2014).

 

Cuando hay sospecha de una lesión miocárdica, aumentan los niveles sanguíneos de biomarcadores específicos, como la troponina y la creatina quinasa, que son componentes del aparato contráctil de las células del miocardio y se expresan casi exclusivamente en el corazón (Jaffe, Babuin, & Apple, 2006). Se han sugerido varias posibilidades en la liberación de las proteínas estructurales del miocardio, como la apoptosis, la liberación celular de productos de degradación de la troponina, el aumento en la permeabilidad de la pared celular, la formación de vesículas membranosas, y la necrosis de los miocitos (White, 2011).

 

La terapia basada en células madre es un tratamiento prometedor, debido a que las células madre son capaces de diferenciarse en cardiomiocitos y así limitar las consecuencias por la pérdida de la función contráctil, además del aumento de la angiogénesis (Covas et al., 2005).

 

Inducción de infarto de miocardio

En un estudio en ratas se realizó un examen en los efectos de la terapia de células madre posterior a un infarto de miocardio. El método de inducción utilizado para provocar el infarto de miocardio en las ratas, fue la oclusión de la arteria coronaria anterior descendente, ligando con una sutura; el procedimiento se realizó mediante una toracotomía izquierda. Posterior al infarto se inyectaron en forma directa células madre humanas en el miocardio isquémico agudo. Durante un periodo de 8 semanas se les administro 5 inyecciones (cada una con 106 células madre); al término de este lapso las ratas fueron sacrificadas. Se observó mediante métodos histológicos la disminución significativa de la fibrosis, así como la dilatación del ventrículo izquierdo, una disminución de la apoptosis, aumento del grosor del miocardio, y la preservación de la función cardiaca sistólica y diastólica (Berry et al., 2006).

En porcinos el infarto fue inducido mediante la oclusión de la arteria coronaria descendente anterior, con un balón de angioplastia coronaria, durante 60 minutos. Al concluir este tiempo el balón de angioplastia se desinflo y eliminó, para poder así continuar con la reperfusión. Los cerdos fueron asignados a recibir la inyección intramiocárdica con 200 millones de células madre (15 inyecciones durante 8 semanas). Al termino de estas semanas por medio de resonancia magnética, se observó vasos maduros y de mayor diámetro, disminución de la apoptosis en las zonas de infarto y mejora de la función ventricular izquierda regional y global (Schuleri et al., 2008). 

 

Conclusión 

En la última década el uso de la terapia con células madre en perros ha sido ampliamente discutido. Estudios realizados con modelos animales demuestran su efectividad para tratar enfermedades relacionadas con el sistema cardiovascular, una alternativa para el tratamiento de patologías comunes y frecuentemente vistas en humanos. El corazón tiene la capacidad de auto-regenerarse, pero no después de haber sufrido una lesión de infarto al miocardio, dejando una cicatriz y ausencia de la contractilidad, aunque se sabe que en el corazón participan las células madre cardiacas en la homeostasis celular. La terapia a partir de células madre es cada vez más utilizada para tratar distintas patologías del sistema cardiovascular, sin duda una alternativa viable para el tratamiento del infarto del miocardio. Sin embrago, se requiere de un mayor esfuerzo en la investigación preclínica y clínica en las terapias con células madre en el tiempo y el espacio. 

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* Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Xochimilco

Departamento de Producción Agrícola y Animal

1zoogenia@yahoo.com.mx

 

 

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