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Alami Rivero1, Freddy Contreras2, Sina Fragoza4 y Manuel Velasco5

1Mdico Internista, Profesor Asociado de Fisiopatologa, FM-UCV, Caracas, Venezuela. Centro Mdico Docente Los Altos Carrizal-Miranda.2Mdico Especialista en medicina regenerativa.3Bilogo Dra. y Profesor Escuela de Nutricin y Diettica. Facultad de Medicina y Coordinador del rea de Investigacin del Servicio de Endocrinologa. Hospital Militar Dr. Carlos Arvelo, Caracas, Venezuela.4Mdico Residente Medicina Interna Centro Mdico Docente Los Altos Carrizal-Miranda.5Farmacologo clnico. Profesor Titular de Farmacologa. Escuela de Medicina JM Vargas-UCVE-mail: sicontreras@cantv.net

Resumen

Recibido: 12/07/2011 Aceptado: 20/09/2011

Clulas madre autlogas y Diabetes Mellitus

Se propone una revisin bibliogrfi ca en materia de tras-plante autolgo de clulas madre de mdula sea en pa-cientes con diabetes mellitus tipo 2, dada la creciente incidencia de esta afeccin. Al respecto, se examinaron cinco estudios en las bases de datos. En 2003 el equi-po de Hess report reduccin de hiperglicemia y rpi-do incremento en la produccin de insulina endgena pancretica en ratas sometidas a trasplante heterlogo de clulas madre seleccionadas c-kit+; y, Lanus y col. obtu-vieron clulas pancreticas endocrinas a travs de cul-tivos de clulas madre de mdula sea. Fernndez Via y col; Mesples y col en 2007 y Voltarelli et al en 2009, al medir los niveles de pptido C, antes y despus de la administracin de clulas madre autlogas en pacientes diabticos, demostraron en la mayora de los casos, un incremento de los niveles del pptido C y disminucin en los requerimientos de insulina, lo cual implica un po-sitivo impacto para su tratamiento.

Palabras Clave: clulas somticas autlogas, clulas ma-dre embrionarias, regeneracin tisular, disfuncin endo-telial, diabetes mellitus.

On account of the increasing rate of Diabetes Mellitus type 2, a bibliographic review research on autologous transplantation matter of bone marrow cells is required. So in this regard, fi ve studious were examined. Hence, in 2003 Hesss team reported an hyperglycemic reduc-tion and a rapid growth of endogenous pancreatic insu-lin level production in rats which were exposed to het-erologic transplantation of selected marrow cells, c-kit.+, and both Lanus and Col attained pancreatic endocrine cells by means of cultivated bone marrow cells of spi-nal cord. Hereafter Fernndez Via and Col, Mesples and Col in 2007 and Voltarelly in 2009 on measuring Peptide C levels before and after the administration of autologous marrow cells in diabetic patients, over most of the cas-es, demonstrated an increase of Peptide C levels and a minimum insulin requirement which means defi nitively a positive impact for its treatment.

Key words: autologous somatic cells, embrionic stem cells, tissue regeneration, endothelial malfunction, dia-betes mellitus.

Abstract

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IntroduccinLa Diabetes Mellitus es defi nida como una patologa en-docrinometablica caracterizada por defectos en la se-crecin y/o en la accin de la insulina o por la combina-cin de ambas situaciones, lo cual conduce a un sndro-me caracterizado por hiperglucemia y alteraciones del metabolismo de los hidratos de carbono, las protenas y los lpidos; fenmenos que traen como consecuencia dao orgnico que compromete el funcionamiento de rganos blancos. Aunque hay una afectacin universal del organismo, las manifestaciones clnicas ms eviden-tes de dao a tejidos, se pueden observar en corazn, retina, riones, y sistema nervioso, como consecuencia de la alteracin de las paredes de los vasos sanguneos1.

Cada ao la diabetes afecta ms personas y causa ms muertes que el Cncer de mama y el SIDA, juntos. Si se considera adems que alrededor del 50% de los pacien-tes con enfermedad coronaria son diabticos, es obvio el impacto de esta enfermedad sobre los sistemas de salud en todos los pases del mundo2.

Las terapias disponibles como tratamiento para esta pato-loga incluyen una alimentacin adecuada, el ejercicio, los hipoglicemiantes orales y/o insulinas tradicionales o anlogas, aunadas a la educacin diabetolgica.

La diabetes tipo 1 (antiguamente denominada diabetes juvenil) afecta tpicamente a nios y adultos jvenes. Es producida por un ataque autoinmune contra las clulas de los islotes pancreticos que ocasiona una hiperglice-mia manifi esta cuando un 8090% de las clulas han sido eliminadas3.

Hasta el momento no se ha desarrollado ningn trata-miento efectivo que bloquee la cascada autoinmunol-gica e impida el desarrollo de la enfermedad durante el perodo pre-patognico ni tampoco una manera efectiva de sustituir las clulas perdidas. Alternativas como al tras-plante pancretico, implante de islotes de Langerhans y el pncreas bioartifi cial no han llenado las expectativas debido al alto costo, difi cultad en la obtencin de un donante, morbimortalidad del procedimiento y el uso de terapia inmunosupresora de por vida4.

Con expectativas positivas se ha empezado a ver la tera-pia celular con clulas madre adultas en pacientes con diabetes. Las investigaciones en animales de experimen-tacin y la puesta en prctica de la aplicacin de c-lulas madre en estados de hiperglucemia, generada por estreptozotocina y en pacientes diabticos, han abierto una ventana teraputica que incrementa las posibilidades reales de hacer ms efi caz el control de esta patologa.

Desde el descubrimiento de las clulas madre adultas o somticas por Till y McCulloch a fi nales de la dcada de

1950, centrado en las clulas troncales hematopoyticas de mdula sea (CMMO), se ha evidenciado su capa-cidad regenerativa de tejidos y la curacin de enferme-dades neoplsicas. Gracias al trasplante de CMMO en ciertas patologas malignas, millones de personas alrede-dor del planeta, han podido mejorar su enfermedad en la actualidad5.

Clulas Madre AdultasAdems de las clulas pluripotenciales de origen embri-onario, que pueden originar cualquier tejido del feto, ex-isten clulas madre indiferenciadas con cierta similitud a las embrionarias en muchos tejidos adultos especial-izados6. Estas clulas permiten mantener la homeostasis de los tejidos regenerando y reemplazando las clulas que se destruyen continuamente por diferentes causas. Las clulas madre adultas conservan dos caractersticas previamente mencionadas: pueden proliferar, aunque de manera ms lenta que las embrionarias y, por otra parte, dan lugar a clulas maduras especializadas, generando durante el proceso, clulas progenitoras en estadios in-termedios de diferenciacin.

Es muy difcil distinguir en un tejido determinado unas c-lulas de otras por la ausencia de marcadores defi nidos. Estas clulas madre adultas tienen, por otra parte, un cre-cimiento ms limitado en cultivo y su capacidad diferen-ciadora in vitro est aparentemente limitada a aquellas clulas relacionadas con el tejido de procedencia, denom-inndose clulas multipotentes6. Las propiedades de es-tas clulas dependen en gran medida de su localizacin.

Las clulas precursoras hematopoyticas estn siendo generadas constantemente en la mdula sea y es fcil su aislamiento. Sin embargo, las clulas madre proce-dentes de tejidos del endodermo embrionario, como las intestinales7 o las hepticas8, son estacionarias y estn fsicamente separadas de las clulas diferenciadas, su aislamiento y caracterizacin son ms complejos por di-fi cultades inherentes a su identifi cacin y cultivo.

Las clulas madre adultas tienen una enorme ventaja para posibles tratamientos teraputicos; en primer lugar, por sus propiedades proliferativas, pero igualmente interesante, es el hecho de que las clulas diferenciadas que se obtienen in vitro, podran ser reimplantadas en los propios pacientes sin problemas de rechazo inmunolgico.

Se han utilizado clulas madre de origen mesodrmico procedentes de msculo esqueltico o de clulas mes-enquimales de mdula sea para originar por diferencia-cin in vitro o in vivo, distintos tejidos, como msculo, hueso, cartlago o tejido adiposo9,10, que podran ser re-implantados en el propio paciente del que se han aislado las clulas madre originales.

Existen antecedentes que demuestran una buena inte-gracin de estas clulas dentro del rgano implantado, cuando se trata por ejemplo del corazn11. En aquellos

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tejidos en los que es fcil su purifi cacin y cultivo, como la mdula sea, se han hecho grandes esfuerzos para estudiar el grado de pluripotencialidad de estas clu-las, tratando de demostrar por ejemplo, si clulas madre adultas son capaces de generar clulas especializadas de un tejido distinto del que han sido obtenidas o in-cluso originar tejidos de una capa embrionaria diferente. Este proceso de plasticidad o transdiferenciacin slo se ha demostrado en experimentos in vivo12. Se denomina plasticidad o transdiferenciacin al fenmeno fi siolgico celular a travs del cual, la clula madre adulta es capaz de atravesar la barrera de los linajes determinados por la capa embrionaria que la origina y convertirse en clula no relacionada con la capa de la trilmina embrionaria de donde proviene.

Asimismo, se ha reportado que clulas madre derivadas de mdula sea pueden diferenciar hacia un tejido heptico o neural, y viceversa13,14,15. Estos trabajos iniciales permitirn coadyuvar en la posibilidad de aislar clulas madre de mdula sea y dirigir su posible diferenciacin hacia clu-las productoras de insulina. De igual manera, estudios re-cientes sugieren la existencia de procesos de fusin celular in vitro, entre clulas madre embrionarias y clulas madre adultas progenitoras de distinto origen16.

En este orden de ideas, cabe acotar que la medicina re-generativa tiene como objetivo principal de investigacin cientfi ca, la bsqueda de posibles mtodos para estimu-lar la regeneracin funcional y estructural de aquellos tejidos daados, en los cuales la capacidad regenerativa est comprometida17. Hay tres condiciones esenciales para que ocurra la regeneracin a nivel de los tejidos: 1) Los tejidos deben contener clulas mitticamente com-petentes, es decir, clulas que tienen los receptores y vas de sealizacin de traduccin para responder a los est-mulos de un entorno permisivo; 2) El medio ambiente del tejido lesionado debe contener las seales necesarias para promover la proliferacin y diferenciacin de estas clulas de una manera organizada; y, 3) Los factores in-hibidores de la regeneracin deben estar ausentes, supri-midos o neutralizados, en el ambiente de la lesin. Por otra parte, sangre, epitelios, hueso, msculo esqueltico, hgado, pncreas, pequeos vasos sanguneos y epitelio renal son ejemplos de tejidos de mamferos que contie-nen clulas mitticamente competentes, que participan en el mantenimiento y la regeneracin del dao induci-do18; asimismo, como lo seala D. Stocum (2006), de este mecanismo de regeneracin tisular por divisin mittica de las clulas existentes en cada tejido, el organismo hu-mano cuenta con la activacin de clulas madre adultas o somticas, residentes en los rganos o presentes en la circulacin sangunea.

Las clulas madre pueden dividirse indefi nidamente y di-ferenciarse en distintos tipos de clulas maduras, con una morfologa y funcionalidad especfi ca. Estas clulas se divi-den asimtricamente18 (fi gura 1), dando lugar a una clula de linaje restringido o Transit Amplifi ying Cell (TAC) y a la

vez, una clula madre tpica, que es una clonacin de ella misma19. De esta manera se mantiene en nmero la pobla-cin de CM disponibles en la economa del organismo. Las clulas madre tienen como caracterstica, que ciclan lenta-mente, pero son altamente clonognicas. Esta restriccin a la hora de la divisin repetida, asegura la menor tasa de error en la replicacin para la sntesis del ADN19.

La regeneracin tisular va clulas madre adultas o somticas, es la forma ms comn de reparacin de los tejidos y de sustitucin de las clulas que han pasado por el proceso de apoptosis en los organismos multicelu-lares18. Adicionalmente, las clulas madre autlogas no forman teratomas, ni teratocarcinomas, al contrario de las clulas madre embrionarias, las cuales han formado in-vitro estos tumores20,21. Adems, utilizando las clulas madre adultas o somticas autlogas, se evita entrar en el escabroso y delicado tema de la tica, as como en discusiones en el terreno religioso, como es el caso del uso de clulas madre embrionarias.

Estratgicamente las clulas madre adultas, sustituyen aquellas que han desaparecido de los distintos rganos, ya sea por procesos de necrosis (lesin aguda destructivoinfl amatoria) o apoptosis (muerte celular programada). Se ha evidenciado que la diabetes compromete los procesos fi siolgicos de recuperacin de daos tisulares, que se pro-ducen, ya sea por microangiopatas (dadas por el engrosa-miento difuso de las membranas basales de los capilares) o por las macroangiopatas (lesiones aterosclerticas vas-culares, que no difi eren cualitativamente de las que se en-cuentran en los no diabticos, pero que tienden a ser ms abundantes y fl oridas en los pacientes con diabetes)22 y por disfuncin endotelial23.

Esta limitacin por compromiso vascular, en la auto re-novacin de tejidos en pacientes con Diabetes Mellitus tanto Tipo 1 como 2, est estrechamente relacionada con un dfi cit en nmero y funcin de clulas progenitoras endoteliales (CPE) circulantes, en comparacin con suje-tos sanos24,25,26,27,28. Las CPE estn encargadas de procesos de angiognesis en el organismo humano29 y su principal funcin es la neovasculogenesis. Adems, las CPE se in-corporan en las zonas de angiognesis in-vivo. Por otra parte, las CPE, han demostrado su capacidad prolifera-

Figura 1

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tiva para diferenciarse en clulas maduras endoteliales, tanto in-vitro como in-vivo. Una vez que estas clulas se adhieren al endotelio, actan como reparadoras de la lesin endotelial existente, proliferando y organizndose en estructuras tubulares tridimensionales, formando de esta manera un sistema de nuevos vasos sanguneos. Las CPE reparan el dao endotelial y forman nuevos vasos en tejidos isqumicos30. Otra funcin de estas CPE, incluyen actividades paracrinas como la secrecin de factores de crecimiento y citoquinas (IL-8)31,32.

Clulas madre en mdula seaLa mdula sea contenida en las cavidades de los hue-sos, provee una fuente de reposicin de eritrocitos, leu-cocitos y plaquetas. Estas clulas madre, denominadas hematopoyticas, se encargan de mantener un pool de los distintos linajes de las clulas sanguneas. Dentro de las clulas madre hematopoyticas (CD34+) no solo se encuentran los progenitores hematopoyticos, sino tambin, las clulas progenitoras endoteliales (CD34+ CD133+); a su progenitor comn se le denomina heman-gioblasto, confi rindole potencialidad endotelial a las c-lulas hematopoyticas de mdula sea33. Adems, de las clulas madre hematopoyticas y de las mesenquimales, se encuentran las llamadas Side Population Cell (SP), las cuales han sido aisladas, tanto a partir de mdula sea, como de msculo. Las SP son capaces de convertirse en clulas madre hematopoyticas.

Respecto a este tema, el grupo de Jackson y colabora-dores demostraron en 1999, que estas clulas se podan diferenciar en clulas de msculo y clulas endoteliales, en un modelo murino de infarto de miocardio33,34. Tam-bin estn presentes en mdula sea, las Clulas Proge-nitoras Multipotenciales Adultas (MAPC); sta poblacin celular descrita por Verfaillie y colaboradores35 en el ao 2002, han llamado la atencin en la esfera cientfi ca, ya que tienen una capacidad diferenciadora muy similar a las clulas madre embrionarias. Las MAPCs tienen la capacidad de proliferar in-vitro ms de 120 divisiones celulares, sin un aparente envejecimiento, ya que man-tienen niveles altos de telomerasa durante todo el tiem-po de cultivo. Estas MAPCs adems expresan factores de transcripcin (Oct-4 y Rex-1) los cuales son necesarios para mantener un estado proliferativo e indiferenciado. In-vitro las MAPCs pueden ser inducidas para diferen-ciarse en tejidos tanto del mesodermo como del ecto-dermo, lo cual demuestra su gran potencialidad en el campo teraputico33.

Clulas Madre en DiabetesLa disfuncin endotelial se considera en la actualidad una de las primeras manifestaciones de la enfermedad vascular y de la arteriosclerosis. El endotelio, una mo-nocapa de clulas que recubre la pared luminal de los vasos sanguneos, regula la interaccin de las clulas y las protenas circulantes con las clulas residentes en la pared vascular, ejerciendo un papel central como sensor y transmisor de seales. El endotelio protege la pared ar-

terial frente al desarrollo de lesiones y contribuye a la ho-meostasis vascular a travs de ese control continuo de los estmulos que recibe y la adaptacin de su estado funcio-nal. Las clulas endoteliales (CE), mediante un programa de expresin gnica y una sntesis y procesamiento de protenas altamente regulables, son capaces de detectar los cambios tanto fsicos (estrs mecnico hemodinmi-co) como qumicos (liberacin de molculas en su entor-no) y transformarlos en respuestas funcionales adaptati-vas. Esta capacidad de adaptacin le confi ere un papel clave en la regulacin de la homeostasis vascular36.

El endotelio tiene funciones antitrombticas (inhibe la adhesin plaquetaria y la coagulacin, y regula el sis-tema fi brinoltico), controla la actividad de las clulas musculares lisas (CML) de la capa media (tono vascular/ proliferacin) y modula el trnsito de macromolculas, como las lipoprotenas, y la adhesin de leucocitos (mo-nocitos/linfocitos T) a la pared arterial. Diversos factores pueden modifi car las funciones del endotelio y provocar lo que se conoce como disfuncin endotelial36.

La disfuncin endotelial puede defi nirse como un desequi-librio en la biodisponibilidad de sustancias activas de origen endotelial que predispone a la infl amacin, la vasoconstri-ccin y el incremento de la permeabilidad vascular, lo cual provoca arteriosclerosis, agregacin plaquetaria y trombo-sis. En las ltimas dcadas se ha demostrado que factores de riesgo coronario bien conocidos (el colesterol unido a lipoprotenas de baja densidad [cLDL], el tabaquismo, la diabetes, la hipertensin, etc.) y otros factores emergentes (radicales libres de oxgeno, homocistena, infecciones, d-fi cit estrognico, etc.) producen disfuncin endotelial37.

Hasta el presente, se han propuesto varios mecanismos ten-dientes a demostrar regeneracin pancretica38. El equipo de David Hess39 encontr reduccin de hiperglicemia en ra-tas a las cuales se les suministr Streptozotocina (STZ); es-tos animales fueron sometidos a transplante heterlogo de mdula sea no fraccionada y fraccionada (Clulas madre seleccionadas c-kit+). A partir de la segunda semana post-trasplante, los autores observaron un rpido incremento en la produccin de insulina endgena pancretica y una re-duccin en los niveles de glucosa en sangre. Ellos adjudica-ron estos cambios al reclutamiento de clulas endoteliales derivadas de la mdula sea del donante. En su evaluacin con grupos control donde no haba aplicacin de STZ, ob-servaron que en estos casos no haba reclutamiento de clulas endoteliales. Por ello, este equipo sugiere que es necesario que exista un dao a nivel del tejido pancretico para que las clulas de mdula sea del donante sean re-clutadas a fi n de formar nuevos vasos39. Es de hacer notar, que la reduccin de la hiperglicemia y el incremento de la insulinemia fue idntico en ratas tratadas con mdula sea no fraccionada, como las tratadas con mdula sea selec-cionada (c-kit+).

Por otro lado, Andreea Ianus y colaboradores40 lograron obtener clulas pancreticas endocrinas a travs de culti-

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vos de clulas madre de mdula sea. Los investigadores reportaron que estas clulas madre derivadas de mdula sea, una vez implantadas en los islotes pancreticos del husped, exhiban marcadores y comportamiento fi siol-gico caracterstico de las clulas Beta pancreticas. Estas clulas expresaban insulina, GLUT2 y factores de trans-cripcin tpicos de la clula Beta. Adems evidenciaron la secrecin de insulina cuando estas clulas eran esti-muladas con glucosa o exendin-4. Asimismo, exhiban fl uctuaciones intracelulares de calcio, dependientes de glucosa, caracterstico de la clula Beta. Los autores pro-ponen como hiptesis que las clulas madre derivadas de mdula sea tienen la capacidad de diferenciarse di-rectamente en clulas productoras de insulina. Lo mismo es propuesto por el grupo de Oh SH y col41.

El grupo de Hess39 asevera que los niveles de glicemia mejoran cuando hay regeneracin de tejido vascular in-trapancretico (ductal y peri islotes de langerhans), por incremento de clulas endoteliales en el parnquima pancretico; y por un aumento de la oxigenacin local, sera posible un mejor funcionamiento de las clulas Beta presentes o podra ocurrir que las clulas progenitoras de clulas Beta presentes en el pncreas, se diferenciaran a clulas Beta funcionantes. Contrastando esta hiptesis, Andreea Ianus y colaboradores plantean que la transdi-ferenciacin es en esencia el mecanismo de mayor im-portancia. Bajo cualquier circunstancia existe un proceso regenerativo pancretico a partir de la utilizacin de c-lulas madre de mdula sea42.

La elevacin de la poblacin de clulas beta pancreti-cas, posterior al trasplante autlogo de clulas madre de mdula sea, o el incremento en la tasa funcional de las preexistentes (las presentes antes de los trasplantes de CMMO) aumenta la produccin de insulina endgena y esto lo ha evidenciado Fernndez Via43, pionero en trasplante autlogo intraarterial (en arteria esplnica) de clulas madre de mdula sea, en pacientes diabticos. Al respecto, Fernndez Via y col43 no utilizan factor es-timulante de colonias, contrariamente a lo realizado por Mesples y col44, grupo que realiza el implante autlogo de clulas madre de MO por va intraarterial pancretica, quienes previa extraccin de mdula sea de cresta ilaca postero superior, aplican factor estimulante de colonias va subcutnea. Adicionalmente, Voltarelli y su equipo, tambin han comprobado un incremento en la produc-cin endgena de insulina con la utilizacin de clulas madre adultas autlogas de sangre perifrica (CMSP), ob-tenida a travs de mquina de afresis previa estimulacin medular e inmunosupresin no mieloablativa45,46.

Estos tres equipos, al medir los niveles de pptido C antes y despus de la administracin de clulas madre autlogas en pacientes diabticos, han demostrado en la mayora de los casos, un incremento de los niveles del pptido C (subproducto de la molcula de la preinsulina endgena), el cual es producido slo por las clulas Beta del pncreas; simultneamente se ha observado disminucin en los re-

querimientos de insulina. Voltarelli y colaboradores46,47,48 reportan que un grupo signifi cativo de pacientes han po-dido prescindir temporalmente (hasta dos aos) del uso de insulina.

El transplante autlogo de clulas madre de mdula sea ha sido utilizado con xito en pacientes con enfer-medad arterial perifrica severa, la cual afecta a los pa-cientes con Diabetes. Varios grupos han demostrado la formacin de nuevas redes de vasos arteriales y el cierre de lceras en menor tiempo, as como, la recuperacin de tejidos con compromiso circulatorio severo, median-te el uso de angiografa y de videocapilaroscopia, utili-zando distintos protocolos que incluyen el transplante autlogo de CMMO, ya sea va intraarterial femoral49 o por inyecciones intramusculares en los msculos gas-tronemios50,51.

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