As células estaminais mesenquimais da medula óssea (BMSCs) são células estaminais multipotentes de origem mesenquimal que podem promover a reparação estrutural e funcional de órgãos danificados e envelhecidos, e são as células de semente mais promissoras para a medicina regenerativa. A eficácia dos transplantes de BMSCs foi acordada, mas o mecanismo da terapia celular é ainda objecto de debate. Os últimos progressos da investigação sobre o mecanismo dos BMSCs no tratamento do AVC isquémico são analisados como se segue.
1. efeito das CEMB na perfusão do sangue cerebral e na permeabilidade da barreira hematoencefálica
Cesario et al. transplantaram BMSCs derivados de ratos para o estriato de ratos isquémicos e encontraram melhorias significativas no fluxo sanguíneo cerebral e na permeabilidade da barreira hemato-encefálica, que se aproximou do normal após 12 d de tratamento. O fluxo sanguíneo cerebral estava próximo do normal após 12 d de tratamento. Houve também uma relação positiva dose-dependente entre a quantidade de células transplantadas e a perfusão cerebral; a melhoria no BBB foi significativamente melhor nos ratos tratados do que no grupo de controlo, e a mesma relação dose-dependente existiu para a melhoria no BBB. Esta descoberta é muito semelhante à relação dose-dependente entre o estado de recuperação dose-comportamento no estudo de Polgar et al. A eficácia do tratamento também foi apoiada pelo aumento do diâmetro vascular e do número de ramos microvasculares no tecido cerebral após o tratamento de AVC com BMSCs por Chen et al. No entanto, a neovascularização requer um período de tempo, e o aumento do fluxo sanguíneo cerebral e BBB melhorado nas fases iniciais do transplante não pode ser explicado pela neovascularização. Estes resultados poderiam estar relacionados com a elevação contemporânea de factores neurotróficos no cérebro? Se os factores neurotróficos mediados por BMSCs salvaram os navios hospedeiros danificados, mas ainda viáveis, precisam de mais investigação.
2. diferenciação celular e teoria da substituição
A solução racional para o tratamento do AVC por transplante de células é o transplante de células estaminais em redor da área isquémica e lesionada e a diferenciação e substituição das células neurais mortas. A investigação básica demonstrou que as células podem ser induzidas a diferenciar-se em células de linhagem neural in vitro. Contudo, ainda há controvérsia quanto ao estado de sobrevivência dos BMSC após transplante intracerebral e diferenciação in vivo.
A maioria dos estudos concluiu que os BMSCs podem diferenciar-se em células de linhagem neural in vivo, e os BMSCs autólogos de rato de Lee foram encontrados vivos e distribuídos no striatum ipsilateral, hipocampo e neocórtex bilateral, mesmo após 4 semanas de transplante. Cerca de 20% e 15% das células expressam marcadores neuronais e astrocíticos, respectivamente. No entanto, os autores não encontraram BMSCs expressando proteínas específicas de neurónios nos seus estudos in vitro utilizando um meio simples. Lee também encontrou uma tendência para os BMSCs transplantados se diferenciarem em neurónios no córtex e hipocampo e astrocitos no corpus callosum, sugerindo que o microambiente em que os BMSCs autólogos são transplantados é mais conducente à diferenciação das próprias células. Alguns estudos demonstraram que os BMSCs transplantados in vivo raramente ou nunca se diferenciam em células de linhagem neural in vivo. um estudo de Castro et al. relatou que os BMSCs não se diferenciaram em células semelhantes a neurónios em tecido com lesões cerebrais. no estudo de Lu, os BMSCs também não se diferenciaram em neurónios e células gliais no SNC hospedeiro. ohta observou que com ou sem imunossupressão, as células Ohta observou que as células transplantadas foram observadas no local da lesão medular 1-2 semanas após o transplante, mas nenhuma das CEMB exprimiu NF, GFAP, O4 e outras proteínas específicas dos neurónios; quase todas as CEMB “desapareceram” 3 semanas após o transplante, pelo que a recuperação e melhoria funcional após o transplante de células pode não ser uma função das células e do tecido lesionado. No entanto, o desaparecimento das células transplantadas sugere, pelo menos, que são improváveis ou têm uma probabilidade baixa de serem tumourigénicas ou teratogénicas, apoiando indirectamente a segurança dos transplantes de BMSCs.
É questionável se as células transplantadas podem reparar eficazmente os danos dos tecidos se não se diferenciarem em células de linhagem neural ou se apenas uma pequena percentagem delas se diferencia. Por exemplo, o nestin é expresso não só nos tecidos iniciais do SNC, mas também noutras células em desenvolvimento, tais como músculo e músculo cardíaco; neurónio… enolase específica (NSE) é uma proteína específica do neurónio que também pode ser expressa por tecidos não neuronais, tais como células pequenas e células não pequenas do cancro do pulmão. Julgar esta diferenciação apenas com base na expressão de proteínas específicas não é, pelo menos, rigoroso.
Lee sugere que as células autólogas deveriam ser mais susceptíveis de se fundir com células auto-destruídas, mas os mecanismos moleculares de fusão celular precisam de ser mais elucidados. A análise das amostras de cérebro obtidas após a sua morte (22d, 63d e 6y após transplante de medula óssea) revelou que as células transplantadas eram capazes de se diferenciar em neurónios, astrocitos e microglia. Contudo, a análise cromossómica não revelou células poliplóides, apenas células positivas do cromossoma Y, e a conclusão não apoia o fenómeno da fusão celular. Portanto, a teoria de que as células transplantadas podem ter-se integrado com o cérebro hospedeiro e substituído o tecido cerebral ferido para reconstruir os circuitos neurais ainda não está firmemente estabelecida.
O AVC pode levar à conversão de células estaminais neurais in situ na zona subventricular em novos neurónios. Contudo, a grande maioria dos novos neurónios morrerá no prazo de uma semana após o AVC, e o número de neurónios viáveis que substituem os neurónios mortos é muito pequeno. É portanto possível que o transplante de células estaminais para a área ferida active mecanismos de reparação endógena no cérebro do hospedeiro.
Desta forma, a capacidade das células transplantadas para substituir células danificadas no hospedeiro é limitada e apenas aumenta a possibilidade deste mecanismo, em vez da simples substituição do tecido.
3. neuropeptídeos e teoria neurotrófica
Neuropeptídeos e factores neurotróficos são componentes importantes da transmissão de informação no tecido neural, e os seus efeitos de sinalização neural e neurotróficos são indispensáveis para a reparação do tecido cerebral lesionado. Nos últimos anos, têm recebido muita atenção no estudo dos mecanismos dos BMSC no tratamento de AVC.
Os factores neurotróficos são uma família de peptídeos estruturalmente relacionados. BDNF e NT-3 podem induzir o crescimento de neurites e promover a expressão de enzimas chave para a síntese de neurotransmissores; a NGF pode inibir a apoptose e promover a regeneração neuronal; a GDNF pode inibir a apoptose e promover a regeneração neuronal. A NGF pode inibir a apoptose e promover a regeneração neuronal; a GDNF pode proteger os neurónios e reduzir o inchaço cerebral após uma lesão cerebral; a HGF promove a mitose celular e a composição histomórfica.
A capacidade do HGF para aumentar a expressão de factores neurotróficos pode ser a chave para a recuperação da função cerebral do AVC, uma vez que os BMSC de rato cultivados in vitro até à sexta geração continuam a exprimir NGF e GDNF. A capacidade de secreção de GDNF é regulada pelo microambiente circundante e pelo estado de autocrescimento.
Os factores neurotróficos podem melhorar a resistência das células hospedeiras, promover a sobrevivência, migração e diferenciação das células precursoras endógenas, e além disso as CEMB podem desempenhar um papel parácrino, produzindo um grande número de citocinas benéficas.
Zhang sugeriu que a BDNF poderia também estimular a proliferação de oligodendrócitos, o que poderia reduzir o exsudado inflamatório e a desmielinização do tecido cerebral, e Lu descobriu que as células transplantadas continham NGF e NT-3 num estudo de lesão da medula espinal. O estudo ELISA mostrou que apenas os níveis de GDNF, activina A, TGF-β e TGF-β2 foram aumentados após o transplante, enquanto outros factores foram minimamente medidos ou não foram de todo medidos. pode ainda aumentar a expressão da BDNF, sem ter qualquer efeito sobre a NGF.
A secreção de IGF-1 é influenciada por alterações na sinalização extracelular, e quando Zhang aplicou BMSCs à isquemia cerebral, descobriu que a secreção de IGF-1 era significativamente mais elevada no grupo de tratamento do que no grupo de controlo.
Contudo, não se pode excluir que as próprias células do cérebro hospedeiro, especialmente as astrocitos, activem a sua própria secreção de factor neurotrófico após o transplante de células, pelo que também é importante determinar a fonte do factor trófico elevado, e existem descobertas inconsistentes sobre vários factores neurotróficos, e é necessária mais investigação sobre factores neurotróficos.
O BNP é um neuropeptídeo que, tal como o seu peptídeo natriurético cardíaco análogo, tem um forte efeito natriurético e vasodilatador, reduzindo o edema e a pressão intracraniana, melhorando assim a perfusão cerebral. O efeito do BNP no cérebro pode ser atribuído à sua capacidade de reduzir a resistência vascular sistémica, aumentar o débito cardíaco e aumentar a perfusão sistólica do cérebro. Além disso, o BNP pode aumentar a reabsorção do líquido cefalorraquidiano diminuindo a pressão no plexo venoso dentro dos grânulos vilosos aracnóides. A canção identificou primeiro que os BMSCs podem secretar doses fisiologicamente relevantes de BNP in vitro por PCR em tempo real e técnicas de radioimunoensaio, e detectou que os BMSCs transplantados podem secretar o BNP no cérebro hospedeiro. As células podem portanto ter exercido um efeito eficaz antes da migração e infiltração no tecido cerebral, facilitando assim a recuperação funcional do cérebro ferido.
Factor de crescimento endotelial vascular (VEGF): VFGF é uma citocina peptídeo envolvida na angiogénese e desenvolvimento que tem o duplo efeito de estimular a neovascularização e promover a proliferação de células estaminais neurais, e desempenha um importante papel fulcral entre as duas. A Chen co-culturou BMSCs com extractos de cérebro normal e isquémico e descobriu que os BMSCs co-culturavam com tecido cerebral isquémico segregado VEGF. 10 d de extractos de tecido cerebral isquémico promoveram significativamente a secreção VEGF pelos BMSCs. Os resultados sugerem que os BMSCs transplantados podem promover a angiogénese cerebral pós-acidente e facilitar a recuperação funcional.
Factores quimiotraxantes: Após lesão isquémica do tecido cerebral, são libertados mediadores inflamatórios e citocinas como a IL-8, molécula de adesão intracelular 1 (ICAM-1), e quimiocinas como a proteína inflamatória macrofágica 1 (MIP-1) e a proteína quimiotáxica monocitária 1 (MCP-1). Os BMSC têm as características de células inflamatórias e visam o tecido ferido como células inflamatórias. Os BMSC migram selectivamente para o tecido ferido em resposta às citocinas e exercem os seus efeitos terapêuticos através de factores neurotróficos e neuropeptídeos no local da lesão.
4. efeitos dos BMSCs nas estruturas sinápticas intercelulares e sua sinalização
Pode uma célula tornar-se uma unidade celular funcional após um transplante? Como é que as células transplantadas estabelecem ligações de sinalização com as células hospedeiras? Não existem descobertas na literatura que confirmem a necessidade morfológica de uma ligação entre as células transplantadas e as células hospedeiras.
Em tecido cerebral normal, os astrocitos desempenham um papel importante na neuroprotecção, não só fornecendo material energético aos neurónios, mas também formando uma rede de vias intercelulares entre os astrocitos através de junções de fendas, consistindo principalmente na proteína 43 (Cx43), que regula as concentrações de potássio e neurotransmissor. Gao mostrou que os BMSCs humanos produziram factores solúveis que melhoraram as ligações intercelulares mediadas por junção entre as astrocitos, e que a expressão Cx43 foi consistente com esta melhoria, e que os BMSCs melhoraram as ligações de astrocitos ao upregular os níveis de Cx43. Li transplantou BMSCs em ratos 7 d após isquemia e encontrou um aumento significativo no marcador axonal GAP-43 no grupo tratado Os investigadores sugerem que a capacidade de resposta das células glial na área isquémica ao enxerto promove a regeneração axonal.
As estruturas sinápticas são um meio importante de transmissão e sinalização entre células, e a sinaptofisina é uma proteína polissacárida específica na membrana das vesículas sinápticas que provoca a libertação de neurotransmissores, transmissão de informação e processamento através da ligação a Ca2+. Wang encontrou um aumento significativo de sinaptofisina no grupo tratado com BMSCs em comparação com o grupo de controlo por imunohistoquímica, demonstrando indirectamente a presença de sinaptogénese.
Quando os BMSCs foram aplicados no tratamento da isquemia cerebral em ratos, um aumento significativo da espessura dos axónios e das bainhas de mielina na zona límbica isquémica, um aumento significativo da área do corpo caloso e do número de feixes de matéria branca no estriato, e uma remodelação das saliências de astrocitos e a sua orientação para a zona isquémica foram encontrados nos ratos tratados. Os autores concluíram que o tratamento BMSCs do AVC promove a oligodendrócitos e astrocitos associados à recuperação neurológica, melhoramento e remodelação axonal em ratos.
5. o papel dos vectores transgénicos BMSCs
Naokado utilizou o vírus do herpes simplex como vector para transferir o factor de crescimento fibroblástico-2 (bFGF-2) para BMSCs e transplantou as células transgénicas 24 horas após o enfarte cerebral em ratos, mostrando um aumento significativo da secreção de FGF-2 no grupo tratado, uma redução significativa do volume de enfarte cerebral em ratos e uma melhoria da função comportamental. Os resultados mostraram um aumento significativo da secreção do FGF-2 no grupo tratado, uma redução significativa do tamanho do enfarte e uma melhoria mais pronunciada da função comportamental.
Quando BDNF e o gene repórter GFP foram transferidos para BMSCs e transplantados para um modelo animal de lesão medular, as células podiam não só expressar BDNF a um nível elevado no hospedeiro, mas também promover o crescimento de axónios hospedeiros no local da lesão, enquanto os enxertos podiam aumentar a secreção de NGF e NT-3 no hospedeiro.
6. perspectivas
A terapia biológica é um meio emergente de tratamento de doenças após a terapia medicamentosa. As células estaminais hematopoiéticas têm sido utilizadas no tratamento clínico de doenças hematológicas há mais de 40 anos, enquanto que a aplicação clínica de células estaminais não hematopoiéticas tem flutuado por várias vezes. Nos últimos anos, a terapia com células estaminais foi revitalizada por uma maior consciencialização e pela descoberta de BMSCs multipotenciais. Isto tem mostrado um futuro excitante para a aplicação.
Numerosos dados de investigação confirmaram o papel exacto dos BMSC no tratamento da isquemia cerebral, e não foi relatada qualquer toxicidade significativa ou efeitos secundários, mas a segurança a longo prazo da terapia celular ainda necessita de uma maior validação. O foco e a dificuldade da investigação básica actual é o mecanismo de terapia celular dos BMSC, tais como: as células podem sobreviver e proliferar indefinidamente após o transplante? As células transplantadas e a sua descendência são uma população celular funcional in vivo? Existe uma ligação estrutural entre as células transplantadas e as células hospedeiras? Qual é a função desta ligação estrutural, etc.; que factores nutricionais são em última análise responsáveis pela teoria neurotrófica recentemente promovida? É a célula transplantada ou o hospedeiro que desempenha um papel importante neste apoio nutricional? Assim, objectivamente falando, o caminho para a clínica para o tratamento da isquemia cerebral com BMSCs é ainda difícil, embora promissor. Ainda precisamos de mais investigação básica e pré-clínica para elucidar os mecanismos da terapia celular.