Cultivo de Stem Cells en 2023

Disclosures: MVG: None. ALS: TissueCor (O, P) PlasmaCord (O), LyoDrop (O, P), NeoBioX (O), GlaxoSmithKline (C, L), AbbVie (C), Brill Pharma (C), Beauty of Sight Foundation (S), Eye Bank Association of America (S), U.S. Air Force (Department of Defense) (S).

1. Introducción

Las células madre o stem cells (SCs) son una población de cé- lulas no especializadas, con un alto potencial de autorrenovación y que pueden diferenciarse en otros tipos celulares. Estas SCs pueden obtenerse de tejido embrionario y fetal, así como de células somáticas de tejidos adultos reprogramadas genéticamente, consiguiendo células madre pluripotentes inducidas (iPSC). A nivel ocular podemos encontrar SCs en el epitelio y el estroma a nivel del limbo, y en el endotelio periférico.

Podemos aplicar estas SCs en el tratamiento de diversas patologías oculares como las que se enumeran a continuación.

2. Insuficiencia límbica o déficit de células madre limbares (lscd)

La integridad del limbo es clave para mantener una córnea clara y avascular, así como para la regeneración del epitelio (1). Las células madre epiteliales del limbo (LESCs) se localizan en la capa basal epitelial corneal (Figura 1).

Las empalizadas de Vogt contienen diferentes tipos celulares, como melanocitos, células madre mesenquimales y células inmunitarias. Todas ellas, junto con la neurovascularización adyacente, proporcionan factores de crecimiento, nutrientes y soporte estructural para promover la adecuada proliferación y diferenciación de las LESCs (2).

Las lesiones químicas, el uso prolongado de lentes de contacto o de colirios con conservantes, el daño directo por cirugías oculares, o medicamentos y enfermedades sistémicas relacionadas con el sistema inmune, son algunas de las etiologías que pueden ocasionar LSCD. Provocan una alteración de la homeostasis corneal y disfunción limbal, debido a la lesión y disminución de las LESCs (2). Posteriormente, el epitelio pierde la capacidad de regeneración, ocasionándole cicatrices y conjuntivalización corneal.

Numerosas técnicas de cultivo y trasplante celular se han desarrollado a lo largo de los años para el manejo de esta patología (3,4).

• Células epiteliales corneales humanas autólogas expandidas ex vivo que contienen células madre (HOLOCLAR®).

• Sistema desarrollado por la empresa italiana Holostem. Se trata de la primera terapia basada en SCs aprobada en medicina (5). Consiste en una lámina circular transparente de 300.000-1.200.000 células epiteliales corneales humanas autólogas que se sutura sobre la córnea tras la retirada del pannus fibrovascular. Indicado para el tratamiento de LSCD moderado y grave. Se encuentra en fase de aprobación en Estados Unidos (Ensayo Clínico fase 4; clinicaltrial.gov NCT02577861). 

• Trasplante de células epiteliales autólogas de la mucosa oral cultivadas ex vivo (COMET).

• Se extrae tejido de la mucosa oral de un paciente con capas completas de células epiteliales. Estas células se cultivas y se trasplantan posteriormente en la superficie corneal (6,7). En casos de LSCD severa y bilateral.

Figura 1.

• Inyección subconjuntival de células madre mesenquimales (MSCs). Las MSCs pueden diferenciarse a otros tipos celulares, además de poseer propiedades inmunomoduladoras y antiinflamatorias. La inyección subconjuntival de estas permite administrar una alta dosis de MSCs en un pequeño volumen, sin necesitar procesos adicionales de cultivo celular, y siendo un proceso más rápido y menos invasivo (8).

3. Cicatrices estromales

Las SCs estromales también se encuentran a nivel del limbo. Estas células pueden diferenciarse en queratocitos con capacidad para replicarse y tienen potencial de aclarar cicatrices y heridas corneales.

En una investigación preclínica (9) se estudió la utilidad de las células madre estromales/mesenquimales derivadas del limbo humano (hLMSCs) aplicadas en córneas de ratones desepitelizadas, y se comprobó que los ojos tratados con hLMSCs presentaban córneas más claras con menor opacidad y cicatrices (Figura 2).

4. Disfunción endotelial

Cada vez hay más evidencias de la existencia de SCs en el endotelio corneal periférico (10). Su importancia se ve respaldada por estudios clínicos que demuestran que es necesaria una reserva suficiente de células endoteliales periféricas sanas para la cicatrización de defectos a nivel del endotelio. En este aspecto, los inhibidores de Rho quinasa (ROCKi) han suscitado un creciente interés, ya que han demostrado que regulan la proliferación y diferenciación de cé- lulas endoteliales humanas (11). También promueven el mantenimiento del endotelio corneal actuando a nivel del nicho limbal interno.

Diversas investigaciones han comprobado que existe pérdida de células endoteliales tras cirugías como el trasplante corneal (12,13). Por tanto, la protección y regeneración de estas células suponen objetivos fundamentales en la cirugía, y para ello se estudian varios métodos de cultivo y de expansión de células endoteliales. Por ejemplo, la activación combinada de PI3K/Akt y Smad2 ha demostrado contribuir a la restauración del endotelio corneal en un modelo de conejo (14).

5. Plasma autólogo rico en factores de crecimiento (PRGF)

El PRGF es una terapia biológica autóloga que acelera la regeneración de los tejidos gracias a su alta concentración de factores de crecimiento, que favorecen la proliferación y migración celular. El uso de membrana o colirio de PRGF ha demostrado ser seguro y eficaz para el tratamiento de patologías de la superficie ocular (15,16).

También se ha estudiado la incubación breve de injertos de córnea en PRGF, durante 15 minutos, previos a la queratoplastia penetrante (17). Los resultados indicaron que el PRGF activa la vía de supervivencia de Akt, protegiendo a las células endoteliales del estrés oxidativo y promoviendo la regeneración celular (Figura 3). 

Conclusiones

1. Las SCs corneales son un componente fundamental de la córnea y desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de su transparencia y su integridad estructural.
2. Los recientes avances en la investigación con SCs han abierto nuevas vías para el desarrollo de terapias innovadoras destinadas a sustituir el tejido corneal dañado o enfermo.
3. El uso de SCs corneales ofrece una alternativa prometedora a los procedimientos tradicionales de trasplante de córnea, que tienen sus limitaciones, como la escasez de donantes y el rechazo del injerto.
4. Las SCs corneales poseen un enorme potencial para el futuro de la oftalmología y la medicina regenerativa.

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Bibliografía

1. Li W, Hayashida Y, Chen YT, Tseng SC. Niche regulation of corneal epithelial stem cells at the limbus. Cell Res. 2007;17: 26-36.
2. Tavakkoli, F., et al. Corneal stem cells niche and homeostasis impacts in regenerative medicine; concise review. Eur J Ophthalmol. 2023. 11206721221150065.
3. Lai I, Gupta N, Purushotam J, Sangwan VS. Limbal stem cell deficiency: Current Management. J Clin Ophthalmol Res. 2016;4:3-12.
4. Nuzzi A, Pozzo Giuffrida F, Luccarelli S, Nucci P. Corneal Epithelial Regeneration: Old and New Perspectives. Int J Mol Sci. 2022;23(21):13114.
5. Pellegrini G, Ardigò D, Milazzo G, Iotti G, Guatelli P, Pelosi D, De Luca M. Navigating Market Authorization: The Path Holoclar Took to Become the First Stem Cell Product Approved in the European Union. Stem Cells Transl Med. 2018;7(1):146-154.
6. Oie Y, Nishida K. Corneal regenerative medicine. Regen Ther. 2016;5:40-45.
7. Ma DH, Hsueh YJ, Ma KS, Tsai YJ, Huang SF, Chen HC, Sun CC, Kuo MT, Chao AS, Lai JY. Long-term survival of cultivated oral mucosal epithelial cells in human cornea: generating cell sheets using an animal product-free culture protocol. Stem Cell Res Ther. 2021;12(1):524.
8. Galindo S, de la Mata A, López-Paniagua M, Herreras JM, Pérez I, Calonge M, Nieto-Miguel T. Subconjunctival injection of mesenchymal stem cells for corneal failure due to limbal stem cell deficiency: state of the art. Stem Cell Res Ther. 2021;12(1):60.
9. Damala, M, Sahoo, A, Pakalapati, N, Singh, V, Basu, S. Pre-Clinical Evaluation of Efficacy and Safety of Human Limbus-Derived Stromal/Mesenchymal Stem Cells with and without Alginate Encapsulation for Future Clinical Applications. Cells. 2023;12(6):876.
10. Bosch BM, Bosch-Rue E, Perpiñan-Blasco M, Perez RA. Design of functional biomaterials as substrates for corneal endothelium tissue engineering. Regen Biomater. 2022;9:rbac052.
11. Kopecny LR et al. A systematic review on the effects of ROCK inhibitors on proliferation and/ or differentiation in human somatic stem cells: A hypothesis that ROCK inhibitors support corneal endothelial healing via acting on the limbal stem cell niche. Ocul Surf. 2023;27:16–29.
12. Birbal RS, Ni Dhubhghaill S, Bourgonje VJA, Hanko J, Ham L, Jager MJ, Böhringer S, Oellerich S, Melles GRJ. Five-Year Graft Survival and Clinical Outcomes of 500 Consecutive Cases After Descemet Membrane Endothelial Keratoplasty. Cornea. 2020;39(3):290-297.
13. Patel SV. Graft survival and endothelial outcomes in the new era of endothelial keratoplasty. Exp Eye Res. 2012;95(1):40-7.
14. Sabater AL, Andreu EJ, García-Guzmán M, López T, Abizanda G, Perez VL, Moreno-Montañés J, Prósper F. Combined PI3K/Akt and Smad2 Activation Promotes Corneal Endothelial Cell Proliferation. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2017;58(2):745-754.
15. Sabater AL, Mousa HM, Quinones X, Valenzuela F, Sanchez Avila RM, Orive G, Anitua E, Merayo J, Perez VL. Use of autologous plasma rich in growth factors fibrin membrane in the surgical management of ocular surface diseases. Int Ophthalmol. 2021;41(7):2347-2358.
16. Soifer M, Tovar A, Wang M, Mousa HM, Yennam S, Sabater AL, Pflugfelder SC, Perez VL. A multicenter report of the use of plasma rich in growth factors (PRGF) for the treatment of patients with ocular surface diseases in North America. Ocul Surf. 2022;25:40-48.
17. Gomez A, Mercado C, Venkateswaran N, Sen-Corcuera B, Miller D, Dubovy S, Salero E, Sabater AL. Brief incubation of corneal grafts in activated platelet rich plasma enhances corneal endothelial cell survival and regeneration. Exp Eye Res. 2022;220:109100.