2.4.1 Cardiomioplastia celular potenciadora
La cardiomioplastia celular ha sido ampliamente explorada como una estrategia terapéutica potencial para la reparación y regeneración cardíacas (Mohsin et al., 2011; Huu et al., 2012; Passier et al., 2008). El abordaje implica el trasplante de células suspendidas en un líquido, como solución salina o medio de cultivo celular, al tejido infartado o a la zona fronteriza mediante inyecciones intramiocárdicas. Desafortunadamente, los ensayos clínicos actuales que utilizan células derivadas de la médula ósea muestran resultados mixtos en la mejora de la fracción de eyección del VI después del trasplante, en parte debido a un injerto celular deficiente y a la supervivencia después del parto (Wollert, 2011). Se ha demostrado que, si bien las células trasplantadas son viables poco después del implante, en 1 semana solo queda ~ 1% de las células por análisis de TÚNEL (Reinecke y Murry, 2002). La mayor parte de la muerte celular observada en los primeros días del trasplante es probablemente causada por la combinación de isquemia, inflamación y anoikis, o apoptosis inducida por la interrupción de las interacciones entre la matriz celular (Haider y Ashraf, 2008; Robey et al., 2008). Christman et al. (2004b) fueron los primeros en demostrar que la inyección de células junto con un hidrogel puede mejorar la supervivencia de trasplante celular en un modelo de IM de rata. En este estudio se utilizaron mioblastos esqueléticos de ratas neonatales con inyección de fibrina y se demostró que, en comparación con la administración líquida convencional, la fibrina mejoró la supervivencia de los mioblastos en más de dos veces. La inyección de mioblastos con fibrina aumentó el acortamiento fraccional y el grosor del infarto (Christman et al., 2004a), pero no fue estadísticamente diferente de la inyección de fibrina sola. Desde entonces, el uso de fibrina como vehículo de entrega para mejorar el éxito de la cardiomioplastia celular se ha demostrado con células de médula ósea (Nakamuta et al., 2009), células madre cardíacas derivadas de la médula ósea (Guo et al., 2011), y células madre derivadas de tejido adiposo (Danoviz et al., 2010; Zhang et al., 2010).
Otros hidrogeles de origen natural que se han utilizado para administrar terapia celular incluyen quitosano (Lu et al., 2009; Lüet al., 2010), Matrigel (Laflamme et al., 2007), y alginato modificado por RGD (Yu et al., 2010). Como se mencionó anteriormente, el alginato carece de los motivos intrínsecos para la adhesión celular, por lo que para evitar anoikis de células trasplantadas, se deben hacer modificaciones al alginato para proporcionar interacciones entre la matriz celular. Yu et al. (2010) utilizaron un alginato modificado por RGD para encapsular células madre mesenquimales humanas (HMSC). Las microperlas generadas a partir de esta solución e inyectadas en un modelo de reperfusión de isquemia en ratas desnudas mostraron persistencia de CMM en microcápsulas a los 7 días y 2 semanas, mientras que las CMM inyectadas con medio solo fueron detectables a 1 día. Tanto las microperlas como las HMSC con microperlas pudieron prevenir el deterioro del grosor de la pared anterior y las dimensiones del VI durante la sístole y la diástole, pero no hubo diferencia entre los dos grupos. Para abordar las diversas causas de la supervivencia celular deficiente (condiciones isquémicas, anoikis y liberación de factores inflamatorios), Laflamme et al. (2007) desarrollaron un enfoque de múltiples puntas, que denominaron cóctel prosurval (PSC) que incluía Matrigel para prevenir anoikis, ciclosporina A para la supresión inmune, un inhibidor de la caspasa, péptido anti mitocondrial apoptótico Bcl-XL, factor de crecimiento similar a la insulina y un compuesto que imita el acondicionamiento isquémico. El uso de CEP mejoró la supervivencia al trasplante de cardiomiocitos derivados de células madre embrionarias humanas (hESC) y aumentó siete veces el tamaño del injerto de 1 a 4 semanas después de la inyección. De manera emocionante, este enfoque combinatorio dio lugar a infartos con re-muscularización significativa (hasta el 10,7%; placa de color VIII). La inyección de cardiomiocitos derivados de hESC con CEP mejoró significativamente la dimensión sistólica del extremo del VI, el acortamiento fraccional y el engrosamiento de la pared en comparación con solo CEP, las células no contráctiles con CEP y los controles de medios libres de suero.
De los hidrogeles sintéticos, basados en PEG (Wang et al., 2009b; Kraehenbuehl et al., 2011), hidrogeles basados en PNIPAAm (Li et al., 2010; Wall et al., 2010), NFs de péptidos (Dubois et al., 2008), e hidroxipropil metilcelulosa (Mathieu et al., 2012) se han inyectado junto con células en modelos de IM de animales pequeños para reparación cardíaca. Como se menciona en la sección 2.2, PEG y PNIPAAm carecen de bioactividad inherente y no son degradables, sin embargo, son fácilmente modificables con biomoléculas para mejorar estas características. Kraehenbuehl et al. (2011) hidrogeles de PEG-vinil sulfona modificados con péptidos hendibles MMP y ligandos de unión a integrinas para producir un hidrogel degradable y adhesivo celular. Usando este hidrogel sintético biomimético, liberaron hESCs y timosina β4, un factor angiogénico y pro supervivencia, 1 hora después de la oclusión total en un modelo de IM en ratas. Observaron que durante semanas, a medida que el hidrogel se degradaba, las células en contacto con el gel aumentaban. A las 6 semanas, el hidrogel era indetectable, pero las células administradas con el hidrogel y la timosina β4 tenían un tamaño de infarto y un volumen diastólico final significativamente más pequeños que los controles inyectados con PBS. Además, el volumen sistólico final y la fracción de eyección mejoraron significativamente en comparación con todos los demás grupos de tratamiento. De manera similar, Wall et al. (2010) también buscaron modificar el hidrogel sintético termorresponsable PNIPAAm con la adición de enlaces cruzados de péptidos degradables MMP y secuencias de péptidos que contienen RGD. Las inyecciones se realizaron con CMM derivadas de médula ósea de ratón en un modelo murino de oclusión total inmediatamente después del infarto. A las 6 semanas, las CMM fueron detectables en el 38% de los corazones cuando se inyectaron con el hidrogel, pero no fueron identificables cuando se inyectaron solas. Curiosamente, el uso de Matrigel resultó en un 25% de corazones con células detectables, lo que indica que los hidrogeles sintéticos, con modificaciones biomiméticas, podrían soportar las interacciones entre la matriz celular y disminuir los anoikis de manera igual o mejor en comparación con los hidrogeles derivados naturalmente. En el estudio de Mathieu et al. (2012), es interesante observar que la inyección de metilcelulosa hidoxiproyl silanizada sola no mejoró las mediciones del ecocardiograma a las 8 semanas, posiblemente debido a su falta de bioactividad intrínseca. Sin embargo, la inyección de MSC con metilcelulosa hidoxiproyl silanizada mejoró significativamente el diámetro sistólico final del VI, el acortamiento fraccional y la fracción de eyección.
En un modelo mini pig MI, Lin et al. (2010) inyectaron células mononucleares de médula ósea (MNC) con oligopéptidos autoensamblables inmediatamente después del infarto. La inyección de MNCs con NFs de péptidos mejoró la supervivencia de MNC diez veces en comparación con MNCs inyectadas solas. Además, la inyección con NFs aumentó la diferenciación de MNC a las células endoteliales y musculares lisas, lo que llevó a un aumento de la densidad capilar en comparación con la inyección de MNC sola. De los tres grupos de tratamiento (MNC solo, NF solo y MNC con NF), las células administradas con hidrogel de NF fueron las más capaces de prevenir la dilatación del VI, preservar la función cardíaca y mejorar la forma del infarto. En particular, la fracción de eyección y el grosor de la cicatriz fueron significativamente más altos en el grupo MNC con NF en comparación con cualquiera de los dos administrados solos. Los autores plantearon la hipótesis de que, mientras que la inyección de MNC sola era capaz de mejorar la función sistólica, la inyección de MNC con NF era necesaria para mejorar la función diastólica y sistólica.