YoCon el poder de la autorrenovación y la multipotencia, las células madre mesenquimales (MSC) ofrecen la posibilidad de tratamiento regenerativo para una variedad de condiciones médicas, incluyendo lesiones de la médula espinal y daños posteriores a un ataque cardíaco.1
Una hipótesis principal es que los beneficios terapéuticos de las MSC se confieren por su secreción de vesículas extracelulares (VE): estructuras derivadas de la membrana que contienen una variedad de importantes moléculas bioactivas.2 Las células terapéuticas como las MSC tienen una producción variable de EV, lo que contribuye a resultados inconsistentes que dificultan su aplicación clínica. Sin embargo, los científicos no pueden seleccionar células en función de sus niveles de secreción de EV.
“¿Cómo sabes cuántas vesículas extracelulares hay? [MSCs are] ¿Secretando? ¿Cómo sabes que este lote de células es mejor que este otro? Dino Di Carlobioingeniero de la Universidad de California en Los Ángeles.
En un nuevo estudio publicado en Comunicaciones de la naturalezaDi Carlo y sus colegas aplicaron su experiencia en microfluídica y nanotecnología para responder estas preguntas.3 Desarrollaron un método para identificar subpoblaciones de MSC que secretan altos niveles de EV, un enfoque que podría permitir la selección de células terapéuticamente más activas para aplicaciones clínicas.
Anteriormente, Di Carlo y su equipo desarrollaron microcontenedores basados en hidrogel, a los que llamaron nanovialesque actúan como tubos de ensayo para células individuales.4 Al recubrir el interior de los nanoviales con forma de cuenco con anticuerpos específicos para las proteínas liberadas por una célula de interés, los investigadores pudieron capturar células individuales y cuantificar sus secreciones. En un estudio anterior, el equipo utilizó esta tecnología para medir la secreción de proteínas de células B individuales, que luego vincularon con marcadores de superficie celular y datos de expresión genética de la misma célula.
Cuando Di Carlo se propuso medir la secreción de EV de MSC individuales, descubrió que no era tan sencillo.
“El primer desafío fue que medir las vesículas extracelulares secretadas es un poco diferente que medir las proteínas secretadas”, comentó Di Carlo. “Las vesículas extracelulares son mucho más grandes [and] ellos también [express] Algunas proteínas comunes y marcadores de superficie celular”.
El equipo de Di Carlo necesitaba identificar marcadores que pudieran utilizar para teñir las EV secretadas, pero no las células que las liberaban. Sabían que las proteínas de andamiaje unidas a la membrana llamadas tetraspaninas eran buenos marcadores de las EV, pero algunas de ellas también podían ser expresadas por las MSC. Después de evaluar varias combinaciones, se decidieron por objetivos duales: CD63 y CD9. Estas tetraspaninas se expresan en combinación en la superficie de las EV, pero las células que secretan las EV solo expresan una u otra.
Al revestir sus tubos de ensayo microscópicos con anticuerpos anti-CD63, tendieron el cebo para cualquier célula que expresara el marcador. Sin embargo, la adición de anticuerpos anti-CD9 aseguró que solo capturaran EV. Utilizando este enfoque en células madre mesenquimales inmortalizadas individuales (iMSC), descubrieron que algunas células liberaban significativamente más EV que otras.
“Es muy emocionante”, dijo Alegría Wolframun nanocientífico de la Universidad de Queensland que se especializa en la aplicación terapéutica de vesículas extracelulares y no participó en este trabajo. “Este estudio muestra que incluso si se trata de la misma línea celular, todavía existe esta heterogeneidad”.
Wolfram explicó que las células madre mesenquimales humanas primarias exhibirían una disparidad aún mayor en la secreción de EV debido a las diferencias genéticas y de estilo de vida de los donantes. “Poder realizar un método de alto rendimiento para capturar las células donantes ideales, que podrían variar según la aplicación, es algo que nos interesa mucho: ¿cómo podemos aprovechar eso y seleccionar los clones óptimos, o incluso donantes humanos, para este tipo de terapia?”, comentó Wolfram.
El equipo también identificó varias características clave de las células de alta secreción capturadas: mostraron una mayor proliferación, mantuvieron el fenotipo de alta secreción durante varias generaciones y conservaron su multipotencia. Esto permitió a los investigadores identificar candidatos terapéuticamente potentes y luego enriquecer estas células.
Dado que su objetivo es mejorar los resultados clínicos de las terapias regenerativas con MSC, Di Carlo y su equipo querían poner a prueba su método en un modelo in vivo. Para ello, seleccionaron poblaciones primarias de MSC de ratón de secreción alta y baja y compararon su eficacia terapéutica en un modelo de ratón de infarto de miocardio (ataque cardíaco). Veintiocho días después del tratamiento, los ratones inyectados con MSC de secreción alta mostraron mayores tasas de regeneración vascular y una mejor función cardíaca en comparación con los inyectados con células de secreción baja.
Di Carlo y su equipo están realizando estudios preclínicos sobre lesiones miocárdicas en cerdos, el modelo animal de gran tamaño preferido para la investigación cardiovascular. También están explorando otras posibles aplicaciones terapéuticas para los secretores elevados, un entusiasmo que comparte Wolfram.
“Esto es solo el comienzo en términos de qué tipo de aplicaciones futuras pueden surgir de esta tecnología”, dijo Wolfram. “Si descubrimos que un cierto tipo de EV es más terapéutico, se podría usar la misma tecnología para seleccionar células que liberen ese tipo”.
Referencias
1. Kou M, et al. Vesículas extracelulares derivadas de células madre mesenquimales para inmunomodulación y regeneración: ¿Una herramienta terapéutica de próxima generación? Enfermedad de muerte celular. 2022;13(7):580.
2. Cheng L, Hill AF. Aprovechamiento terapéutico de las vesículas extracelulares. Descubrimiento de fármacos de Nat Rev. 2022;21(5):379-399.
3. Koo D, et al. Optimización de la terapia celular mediante la clasificación de células con alta secreción de vesículas extracelulares. Comunidad Nacional. 2024;15(1):4870.
4. Cheng RY-H, et al. SEC-seq: Asociación de firmas moleculares con secreción de anticuerpos en miles de células plasmáticas humanas individuales. Comunidad Nacional. 2023;14(1):3567.