Terapia con células madre en cirrosis
Stem cell therapy in cirrhosis
Jéssica María Londoño Agudelo1; César Daniel Niño Pulido1; Natalia Andrea Hoyos Vanegas1; Juan Carlos Restrepo Gutiérrez2,3
1 Estudiante de Medicina, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia.
]]> 2 MD, Esp, MSc, PhD. Profesor Titular Departamento de Medicina Interna, Universidad de Antioquia, Facultad de Medicina, Medellín, Colombia. jcrestrepo@une.net.co3 Unidad de Hepatología y Trasplante Hepático, Hospital Pablo Tobón Uribe, Medellín, Colombia.
Recibido: octubre 26 de 2010
Aceptado: mayo 23 de 2011
RESUMEN
En este artículo se presenta una revisión de la literatura sobre las células madre como terapia para la cirrosis hepática, con énfasis en describir la situación científica actual y las implicaciones clínicas de los avances. Se ha propuesto la terapia celular en cirrosis por la escasez de donantes de hígado y las complicaciones derivadas de la terapia inmunosupresora. Las células madre se pueden obtener de diferentes fuentes como el blastocisto, la médula ósea e incluso hepatocitos maduros; pero la capacidad de proliferación y diferenciación de cada uno de estos tipos celulares es distinta y, entre otras consideraciones, es lo que va a definir su utilidad clínica final. En la literatura se encuentran varios estudios en modelos animales y en seres humanos que evalúan la seguridad y factibilidad de esta técnica en cuanto a la mejoría de la fibrosis, la capacidad de diferenciación y replicación celulares y algunos parámetros clínicos. Los resultados, aunque alentadores, se deben interpretar con cuidado. En conclusión, antes de aceptar esta modalidad terapéutica se requieren estudios de mejor calidad y con homogeneidad metodológica porque su uso aún es controversial.
]]> PALABRAS CLAVECélulas Madre, Cirrosis Hepática, Trasplante Celular
SUMMARY
We present a review of the literature on stem cells as therapy for cirrhosis. We emphasize on a description of the present scientific status of the field and its clinical implications. Cell therapy has been proposed in view of the shortage of liver organ donors, and the complications of immunosuppressive therapy. Stem cells may be obtained from different sources such as the blastocyst, bone marrow and even mature hepatocytes. The ability to proliferate and differentiate varies among these cell types. Such variations, among other factors, influence their clinical utility. The safety and feasibility of this technique to improve fibrosis, the ability of the cells to differentiate and replicate, and some clinical parameters have been assessed in both animal models and human beings. Results, although encouraging, should be carefully interpreted. In conclusion, further studies are required on stem cell therapy for cirrhosis because it is still a controversial field.
KEY WORDS
Cell Transplantation, Liver Cirrhosis, Stem Cells
INTRODUCCIÓN
La mortalidad por cirrosis en Colombia se calculó para 2007 en 5,8 por 100.000 habitantes (1),se calcula que aproximadamente el 60% de los pacientes con cirrosis progresan a la descompensación en 10 años (2) y que entre 5% y 7% se descompensan anualmente (3), lo cual representa una morbilidad significativa. Además, el tratamiento sintomático y de las complicaciones en los estadios avanzados de la enfermedad es de alto costo. El trasplante hepático se ha establecido como el único tratamiento curativo, pero tiene limitaciones como la escasez de donantes (en Estados Unidos más de 97.000 pacientes están en lista de espera y en el período de 2001 a 2005 murieron 7.000 pacientes de dicha lista) (4), los altos costos en que incurren los pacientes trasplantados, la necesidad de terapia inmunosupresora de por vida que conlleva grandes inconvenientes y una morbilidad importante, entre otras.
]]> Aunque el hígado se puede autorregenerar, esta capacidad se ve limitada en dos situaciones: una gran pérdida de masa celular por un daño hepático crónico y la inhibición de la replicación (5,6). En tales casos, los mecanismos de regeneración hepática no suplen las células lesionadas y ocurre, como mecanismo compensatorio, la formación de tejido fibroso, lo que en un estadio avanzado se denomina cirrosis (7). En este escenario aparecen las células madre como candidatas para el tratamiento de la enfermedad hepática crónica.Las células madre son una herramienta potencial para el tratamiento de cualquier enfermedad por su capacidad de regenerar los tejidos por medio de procedimientos poco invasivos y con bajas tasas de complicaciones. Actualmente hay muchos estudios sobre este tema, y específicamente en cirrosis se encuentra información suficiente para justificar la posible utilización terapéutica de este grupo celular (8). Este artículo pretende dar una mirada a esta modalidad terapéutica con una revisión de la literatura actual, haciendo énfasis en las ventajas y desventajas de la terapia y en su aplicabilidad clínica.
¿Qué son las células madre?
Las células madre son indiferenciadas (no tienen la estructura específica de ningún tejido); teóricamente tienen las siguientes características (9):
1. Según su origen:
2. Capacidad de diferenciación (10):
Es importante aclarar el término de células progenitoras, que se refiere a las descendientes de las células madre pero se diferencian de estas por tener menor plasticidad y porque no se pueden autorregenerar (8); sin embargo, en muchos contextos se utilizan estos términos como sinónimos.
Terapia con células madre en cirrosis: ¿en dónde estamos?
En la tabla 1 se hace una breve descripción de las células que se mencionarán a continuación.
a. Hepatocitos adultos
]]> El hígado está constituido por varias clases de células, de las cuales los hepatocitos constituyen las dos terceras partes. Las demás células son: las de Kupffer, correspondientes a los macrófagos hepáticos; las estrelladas, o de Ito, que almacenan grasa y cuando se activan por una noxa producen colágeno y matriz extracelular; las de los conductillos biliares o colangiocitos y las endoteliales y de soporte (7).En condiciones normales los hepatocitos se dividen entre 2.000 y 3.000 veces para mantener la masa hepática, es decir, tienen alta capacidad regenerativa (11). Después de un estímulo de regeneración, tal como la hepatectomía parcial de dos tercios del hígado, la mayoría de los hepatocitos entran rápidamente al ciclo celular y se someten a mitosis simétrica. La masa de células hepáticas se puede restaurar en promedio con menos de dos ciclos de división celular (12) y se ha visto que hay varios factores involucrados en el inicio y la perpetuación de la replicación tales como la IL-6 (interleucina 6), el TNF-α (por la sigla en inglés de Tumor necrosis factor-α), el factor de crecimiento de los hepatocitos (HGF, por la sigla en inglés de Hepatocyte growth factor), el factor de células madre (Stem cell factor), la anti-regulina, IGF-1(por la sigla en inglés de Insulin-like growth factor-1) y la triyodotironina (13).
El problema con este tipo de células es que los hepatocitos adultos son senescentes y tienen una vida media corta (que se explica por la teoría del acortamiento de los telómeros a medida que la célula se divide y envejece) o son inhibidos por la enfermedad en curso del paciente (11), lo cual indica que sería difícil su utilización en la práctica. Por otro lado, es difícil mantener los hepatocitos vivos y funcionales in vitro porque toleran poco la criopreservación y es casi imposible su expansión (11). Además, en ratones se ha visto que un hepatocito trasplantado a un hígado enfermo puede replicarse hasta 70 veces y repoblar el hígado del receptor e incluso ser trasplantado de manera seriada (14). El estudio de Gordon y colaboradores (15) en ratones con una inmunodeficiencia combinada grave (SCID, por la sigla en inglés de Severe combined immunodeficiency) y utilizando presiones de selección altas, demostró en el 90% repoblación del hígado al ser trasplantados con hepatocitos humanos sanos.
Sin embargo, en el estudio de Kawashita y colaboradores (16) se vio que los ratones trasplantados con hepatocitos adultos inmortalizados, previa irradiación (con el fin de permeabilizar los sinusoides hepáticos e inactivar las células de Kupffer), y a los que se les hizo hepatectomía parcial como estímulo para que los hepatocitos puedan iniciar la replicación, solo mejoraron los niveles de bilirrubina. Por esta razón se ha propuesto, en lugar de estos procedimientos, utilizar el factor de crecimiento hepatotrófico que podría estimular las células hepáticas adultas para repoblar el hígado, lo cual igualmente se ha probado en animales (17).
Además, en modelos animales se ha visto que la ventaja de usar hepatocitos es su potencial de producir clones, es decir, de formar células cuyo destino ya se conoce (dado que son unipotenciales). De funcionar esta teoría, serían más útiles los hepatocitos fetales que los adultos, puesto que los primeros tienen mayor capacidad de proliferación (18).
b. Hepatoblastos fetales
Este otro tipo de células madre (los hepatoblastos fetales) tienen la ventaja de poder ser preservados por más de 20 meses, a diferencia de las células hepáticas adultas; según el estudio de Oertel y colaboradores (19) estas células tienen una capacidad dual de diferenciación, tanto a hepatocitos como a colangiocitos, lo cual significa que, además de ser jóvenes, tienen el beneficio de un cierto grado de diferenciación que hace más fácil dirigir su destino. No obstante, existe un dilema ético importante que limita el uso de los hepatoblastos provenientes de embriones. En modelos de repoblación de hígados humanos se ha demostrado que estas células pueden repoblar hasta el 14% del hígado sin presión de selección (8). De esta forma, esta modalidad terapéutica tendría implicaciones importantes en la terapia génica para defectos metabólicos y en enfermedades hepáticas terminales.
Igualmente, varios autores han informado el beneficio de trasplantar estas células: Malhi aisló progenitores de hígado fetal, que pudieron ser criopreservados y tenían capacidad de repoblación de modelos animales (20). Nowak demostró que las células de hígado fetal tienen capacidades similares in vivo e in vitro (21).
c. Células ovales
Como se ha mencionado anteriormente, los hepatocitos bajo condiciones estresantes agudas responden con una replicación rápida y efectiva; sin embargo, bajo condiciones de daño crónico, si se inhibe la replicación, se activa un grupo de células progenitoras hepáticas del adulto (llamadas células ovales en los roedores). Aunque aún es controversial, en general se acepta la existencia de este compartimento (22) y se han propuesto dos orígenes para esta población: remanentes de hepatoblastos fetales que han permanecido inactivos en el tiempo (8,23) o células procedentes de la médula ósea que se han albergado en el hígado (23-25). Este grupo se ubica en los conductos de Hering (ductos biliares terminales), cerca de la zona uno de la tríada portal (26). Algunos afirman que solo se activan en ciertas enfermedades (alcohólica, viral o hígado graso) (27,28).
]]> De la misma forma que los hepatoblastos, las células ovales son bipotenciales y se han aislado y han proliferado exitosamente in vitro. Se ha visto la recuperación del volumen hepático en modelos de animales con hepatectomía o inhibición de la replicación de los hepatocitos por medio del 2-AAF (2-acetil-aminofluoreno), por la activación de las células ovales (15,29). Por otro lado, un estudio reveló que estas células podrían dar origen tanto al carcinoma hepatocelular como al colangiocarcinoma (30).d. Células de la médula ósea y de otras fuentes
La médula ósea es una fuente importante de células madre, las cuales son de cuatro tipos: mesenquimales, endoteliales, multipotentes y hematopoyéticas. Aún no se sabe con certeza cuál de las subpoblaciones está implicada en la formación de células hepáticas (31) pero varios estudios han demostrado que las células de la médula ósea trasplantadas se convierten en hepatocitos como mecanismo fisiológico de reparación, tanto en modelos animales (32,33) como en seres humanos (34). En la figura 1 se ilustra el rol de las diferentes subpoblaciones derivadas de la médula ósea en la lesión hepática.
Aún no está claro el mecanismo por el cual las células de la médula ósea se convierten en hepatocitos pero se ha propuesto que uno de ellos es la fusión (se observan hepatocitos aneuploides por fusión de los núcleos), lo que ha generado controversias puesto que la fusión es causa de inestabilidad cromosómica y esta a su vez puede ser mutagénica y tumorigénica (12,35,36).
Por el contrario, Theise y colaboradores (33) hicieron trasplante de médula ósea de donantes machos a ratones hembra que recibieron dosis letales de irradiación; en todos los ratones se observó que luego de dos meses el 2,2% de los hepatocitos en el hígado se derivaban del trasplante (sin que interviniera la fusión), porque eran células con el gen de albúmina y el cromosoma Y específico de los donantes. Sin embargo, en ningún animal se produjo daño hepático grave por la irradiación, por lo cual se concluye que las células de la médula ósea pueden migrar al hígado aun en ausencia de daño grave. Otros estudios han encontrado beneficios con el uso de células de la médula ósea, al disminuir la fibrosis y mejorar los índices de función hepática (25,32,37).
También son de especial importancia las células mesenquimales que se encuentran tanto en la médula ósea como en el hígado fetal, cordón umbilical y tejido graso (38), porque se las ha estudiado ampliamente. Dichas células pueden diferenciarse in vitro en hepatocitos cuando se ponen en un medio apropiado para ello; cuando estas células precondicionadas se trasplantan a modelos animales se ubican especialmente en el espacio periportal, se adhieren y mantienen su morfología y la producción específica de células hepáticas (almacenan glicógeno, secretan albúmina y presentan el antígeno HepPar1, específico de hepatocitos humanos) (39). También la diferenciación se puede dar in vivo, sin cultivo previo, con factores de crecimiento (40).
Oyagi y colaboradores (41) demostraron que después del cultivo de células mesenquimales de la médula ósea con el factor de crecimiento de hepatocitos (HGF, por la sigla en inglés de Hepatocyte growth factor) por dos semanas, y su trasplante a modelos murinos con daño hepático por CCl4, se obtuvo una disminución en los niveles de transaminasas y un aumento en la producción de albúmina.
En el estudio de Kuo y colaboradores se evaluó el efecto de inyectar células madre por vía intravenosa o intraesplénica en modelos murinos con falla hepática fulminante causada por CCl4; las células trasplantadas se injertaron en el hígado y se diferenciaron en hepatocitos funcionales, que rescataron los ratones de la falla hepática (lo que se evidenció más en los trasplantados por vía intravenosa). Las células mesenquimales demostraron la disminución del estrés oxidativo en los ratones y aceleraron la repoblación de los hepatocitos, lo que sugirió un efecto paracrino adicional (42).
Asimismo, Lin y colaboradores (43) propusieron un mecanismo para explicar el posible efecto en la reducción de la fibrosis hepática en modelos animales como el utilizado por Kuo (42): demostraron en un modelo in vitro de co-cultivo de células del estroma mesenquimal humano (hMSC, por la sigla en inglés de Human mesenchymal stromal cells) y células estrelladas humanas, que mediante señales paracrinas las primeras inducen la apoptosis de las segundas (que son responsables de la fibrosis hepática) a través de receptores de membrana y citoplasmáticos como el receptor del factor de crecimiento neural NGF (por la sigla en inglés de Nerve growth factor). De esta manera, las células del estroma mesenquimal se proponen como un posible tratamiento antifibrosis para los pacientes con cirrosis.
Otro mecanismo propuesto para la reducción de la fibrosis ha sido la expresión de metaloproteinasas, necesarias para la degradación de la matriz, por parte de las células mesenquimales trasplantadas a hígados con daño hepático fulminante por CCl4 (40).
]]> También se han hecho trabajos con otras fuentes de células mesenquimales, principalmente con las del cordón umbilical, porque se argumenta que es muy variable la capacidad de reproducción y diferenciación de las células de la médula ósea según el donante, por factores como la edad y la baja cantidad de células madre de algunas muestras, además de la dificultad para obtener estas últimas porque se requieren hospitalización y procedimientos invasivos (44). Yan (45) estudió las células mesenquimales obtenidas de cordón umbilical en modelos de ratones con daño hepático inducido por CCl4, y obtuvo disminución en los valores de transaminasas; además, las células trasplantadas disminuyeron la apoptosis de los hepatocitos y facilitaron su proliferación, lo cual concuerda con los estudios ya mencionados en médula ósea.Del mismo modo, las células mesenquimales que vienen del tejido graso, seleccionadas con base en la expresión de CD105 (endoglina), también son capaces de producir hepatocitos in vitro cuando se las cultiva con factores de crecimiento como el de los hepatocitos (HGF) y el de fibroblastos, y parecen ser funcionales al trasplantarlas a modelos de ratones con una lesión producida por el CC14. Tienen la ventaja de ser abundantes y de estar fácilmente disponibles (46).
Al mismo tiempo se han llevado a cabo algunos trabajos con células hematopoyéticas de cordón umbilical que no han dado resultados positivos. En el estudio de Saéz-Lara y colaboradores (47) se trasplantaron células CD34+ (hematopoyéticas) de cordón en ratones con un modelo de cirrosis inducida por tiocetamida, y luego de 60 días no se observó ninguna célula adherida al hígado de dichos animales. Por otro lado, algunos estudios demuestran beneficio pero no detectan la diferenciación de las células madre a hepatocitos funcionales, como es el caso del de Tsai y colaboradores (48) que trasplantaron células de cordón en un modelo de daño por CCl4 y demostraron merma en la inflamación hepática y en los niveles de transaminasas y aumento del factor de crecimiento de hepatocitos y de otros estimulantes del crecimiento de las células hepáticas, pero en el estudio patológico observaron que las células trasplantadas no se habían diferenciado en hepatocitos funcionales sino que se dispersaron en el tejido conectivo.
A pesar de esto, todavía hay controversias respecto al verdadero papel de las células madre en el hígado, especialmente las de la médula ósea. Existen muchos informes, como los ya mencionados, sobre su papel beneficioso en la reducción de la fibrosis en el hígado cirrótico; sin embargo, no solo los hepatocitos se pueden originar de la médula ósea, algunos estudios han verificado que estas células madre también dan origen a las células de Kupffer, las endoteliales sinusoidales y, al menos en parte, las estrelladas (que tienen fenotipo de miofibroblastos y expresan marcadores de músculo liso, responsables de la fibrosis en el daño crónico) (49-51).
Paradójicamente, en cuanto a este último tipo celular la evidencia es creciente (51-56). En el estudio de Russo y colaboradores (51) se encontró que el 70% de las células productoras de colágeno en el hígado provenían de la médula ósea, al observar el hígado de modelos murinos con daño crónico, previamente trasplantados con células de médula ósea.
Aplicación clínica
No se han realizado muchos estudios en humanos porque aún no hay un consenso que avale el uso clínico de la terapia con células madre en enfermedades hepáticas. En general los estudios que se han publicado son de fase I, o sea, investigaciones sobre la seguridad de la terapia en las que no se espera encontrar ningún beneficio. Lyra hizo injerto de células madre provenientes de médula ósea a 10 pacientes en lista de espera para trasplante hepático. La infusión se asoció con elevación de la albúmina (de 3,47 ± 0,5 a 3,73 ± 0,5 g/dL) y reducción de la bilirrubina (de 2,19 ± 0,9 mg/dL a 2,10 ± 1,0 mg/dL) y del INR (de 1,48 [SD = 0,2] a 1,43 [SD = 0,23]) (57).
Por otra parte, en un estudio llevado a cabo por Ismail y colaboradores (58) se tomaron 20 pacientes con cirrosis y carcinoma hepatocelular del lóbulo derecho y por asignación aleatoria se distribuyeron en dos grupos, uno para recibir terapia con células madre autólogas, y el otro, para placebo. Después de tres semanas de la infusión todos fueron sometidos a resección quirúrgica y seguidos durante 12 semanas. Los pacientes con infusión preoperatoria de células madre tuvieron mejores resultados en cuanto a los parámetros de función hepática (AST, ALT, TP, albúmina y bilirrubina total) y la condición clínica y no sufrieron complicaciones posoperatorias; en contraste, los pacientes del grupo placebo tuvieron deterioro en especial aumento de la bilirrubina total y peor condición clínica. Concluyeron que la terapia preoperatoria con células madre puede mejorar los desenlaces en los pacientes a quienes se les va a hacer una resección hepática.
Otros estudios han sido igualmente seguros y han mejorado la albúmina, bilirrubina, creatinina, INR y/o el puntaje MELD (por la sigla en inglés de Model for end-stage liver disease) con la infusión de células madre (17,59-63). En contraste, como en los demás asuntos tratados en esta revisión, también en humanos hay controversia porque algunos estudios no muestran resultados o argumentan poca seguridad de la terapia; por ejemplo: no se demostró beneficio en pacientes con déficit congénito de ornitinatranscarbamilasa trasplantados con células madre (64); y en el estudio de Mohamadnejad y colaboradores (65) la mejoría de los parámetros clínicos de los pacientes fue variable y murió un paciente cirrótico por síndrome hepatorrenal cuando se le administraron células CD34+ (hematopoyéticas) por la arteria hepática. Aunque no se sabe cuál es el mecanismo por el que ocurre la mejoría en todos estos pacientes trasplantados con células madre, se presume que es el mismo observado en los modelos animales (57).
Es importante resaltar que los efectos adversos de esta terapia, evidenciados básicamente en estudios a corto plazo, son: dolor en el sitio de la punción, náuseas, fiebre y eritema. En los estudios en que se ha administrado el factor estimulante de colonias de macrófagos (para promover la migración de células madre derivadas de la médula ósea) se presenta una esplenomegalia transitoria que, sin embargo, no se ha asociado a ruptura esplénica. Por último, in vitro se ha visto que las células ovales y las mesenquimales tras cultivo prolongado pueden desarrollar una transformación maligna (66).
]]> Para terminar, uno de los principales problemas al considerar el uso de células madre es el dilema ético frente a la utilización de células embrionarias, porque para obtenerlas habría que destruir embriones humanos. Este dilema muy seguramente no va a tener una pronta solución puesto que históricamente tiene implicaciones morales y religiosas, y parece casi imposible crear una política única aceptable para todos; el estudio de otras fuentes de células madre, como las que hemos mencionado (células madre adultas, de cordón umbilical, de la médula ósea, entre otras) y la utilización de tecnologías diversas y novedosas (transferencia nuclear, transferencia nuclear alterada y partenogénesis) pueden brindar fuentes alternativas que ayuden a superar este obstáculo (4,67).Cáncer y células madre
En la revisión de Houlihan (66) se encontró un estudio en el que implantaron células madre autólogas CD133+ en la vena porta de pacientes con hepatocarcinoma u otras neoplasias malignas; en algunos se incrementó la regeneración hepática previa a la hepatectomía y así la cirugía fue más conservadora; en los otros pacientes con seguimiento promedio de 45 días no se desarrolló malignidad. Sin embargo, estudios en animales han demostrado el desarrollo de hepatocarcinoma a partir de células mesenquimales y ovales después de un período variable de cultivo.
CONCLUSIÓN
El tratamiento de la cirrosis hepática en general se basa en el control de la progresión y la prevención de las complicaciones, lo cual conlleva en muchos casos ofrecer el trasplante hepático como única alternativa. Todo esto representa un costo alto, tanto en materia económica como de la calidad de vida de los pacientes, por lo cual la terapia celular es una opción terapéutica llamativa. En esta revisión de la literatura se puede concluir que la terapia con células madre está aún en fases experimentales en modelos animales, con resultados, aunque alentadores, variables. Por otro lado, en humanos los estudios son escasos, con bajo número de pacientes y en general solo han evaluado los efectos adversos, la seguridad, la factibilidad y algunas variables clínicas y bioquímicas. No es posible llegar a una conclusión certera sobre este tema, puesto que la literatura es controversial y contradictoria; se puede afirmar que hacen falta nuevos estudios con asignación aleatoria y cegamiento y seguimientos por períodos de tiempo más prolongados para intentar demostrar su potencial beneficio. Por ahora la terapia con células madre para los pacientes cirróticos parece ser segura, aunque no hay certeza sobre su beneficio clínico, es costosa y está poco disponible.
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