Células estaminais mesenquimais humanas (HMSC)

As células estaminais mesenquimais(MSCs) são células estromais caracterizadas pela sua auto-renovação e notável capacidade de se diferenciarem em vários tipos de células. Este facto torna-as uma ferramenta valiosa na medicina regenerativa, no ensaio de medicamentos e na investigação de doenças. São normalmente obtidas a partir de diversos tecidos como o cordão umbilical, a medula óssea e o tecido adiposo. No entanto, foram também encontradas novas fontes, como o sangue menstrual e o endométrio. Estas fontes são favorecidas pela sua acessibilidade e potenciais aplicações clínicas [1]

Este artigo irá esclarecer as caraterísticas gerais das células estaminais mesenquimais, os seus tipos e potenciais aplicações na investigação. O artigo abordará principalmente:

1. Atributos gerais das células estaminais mesenquimais
2. Informações sobre a cultura de células estaminais mesenquimais
3. Diferentes tipos de células estaminais mesenquimais e suas caraterísticas principais
4. Aplicações de investigação das células estaminais mesenquimais

1. Caraterísticas gerais das células estaminais mesenquimais

Esta secção abordará as propriedades gerais das células estaminais mesenquimatosas, que incluem

Multipotência
As MSC são células estaminais multipotentes. Têm a capacidade de se diferenciar em vários tipos de células, o que as torna uma ferramenta de investigação valiosa para a medicina regenerativa.
Auto-renovação
Tal como outras células estaminais, as células estaminais mesenquimais têm capacidade de auto-renovação, mantendo assim uma fonte estável de células estaminais durante um período prolongado.
Potencial imunomodulador
As MSC exercem um efeito imunomodulador, pelo que são utilizadas no tratamento de diferentes doenças auto-imunes.
Imunogenicidade
Em geral, as MSC possuem baixos níveis de imunogenicidade, reduzindo o risco de rejeição imunitária no transplante. No entanto, esta pode variar consoante o tipo.
Disponibilidade e acessibilidade
As MSC podem ser isoladas de vários tecidos, incluindo medula óssea, tecido adiposo e tecido do cordão umbilical, o que as torna facilmente disponíveis para investigação e aplicações terapêuticas.

2. Informações sobre a cultura de células estaminais mesenquimais

Para gerir e manusear eficazmente as culturas de células estaminais mesenquimais, é imperativo ter uma compreensão abrangente da seguinte informação sobre a cultura de células MSCs. Estes conhecimentos não só facilitarão o seu trabalho como acelerarão o avanço da sua investigação.

Pontos-chave para a cultura de células estaminais mesenquimais

Tempo de duplicação:	O tempo de duplicação da população varia consoante os diferentes tipos de MSCs. Pode variar entre 15,8 e 41,9 horas [2].
Aderentes ou em Suspensão:	As células estaminais mesenquimais são aderentes.
Densidade de sementeira:	A densidade de sementeira de células recomendada para as MSCs é mantida entre 1 e 3 x¹⁰⁴ ^células/cm2. Para a sementeira, as células são lavadas com 1 x PBS (tampão fosfato salino) e incubadas com accutase (solução de passagem) durante aproximadamente 10 minutos à temperatura ambiente. Após o descolamento das células, adiciona-se o meio e as células são centrifugadas. Em seguida, o pellet de células é cuidadosamente ressuspenso e as células são dispensadas num novo frasco de cultura contendo meio de cultura fresco.
Meio de cultura:	O meio MEM alfa contendo 0,1 ng/ml de bFGF (fator básico de crescimento de fibroblastos), 2,0 mM de glutamina estável, ribonucleósidos, desoxirribonucleósidos, 1,0 mM de piruvato de sódio e 2,2 g/L NaHCO3 é utilizado para a cultura de células estaminais mesenquimais. O meio deve ser substituído a cada 2 ou 3 dias.
Condições de crescimento:	As culturas de células estaminais mesenquimais são mantidas numa incubadora humidificada a uma temperatura de 37ºC e 5% de CO2.
Armazenamento:	As células estaminais mesenquimais podem ser armazenadas na fase de vapor do azoto líquido ou a uma temperatura inferior a -150 °C a longo prazo.
Processo e meio de congelação:	Os meios de congelação CM-1 ou CM-ACF são utilizados para armazenar células estaminais mesenquimais. Geralmente, é adotado um processo de congelação lento, permitindo apenas uma diminuição da temperatura de 1°C por minuto. Isto protege a viabilidade da célula.
Processo de descongelação:	As MSCs congeladas são ligeiramente imersas num banho de água pré-ajustado a 37 °C durante aproximadamente 60 segundos. Em seguida, é adicionado um meio de cultura fresco, as células são ressuspendidas e centrifugadas. Este passo remove os componentes do meio de congelação das células. O pellet de células obtido é então adicionado ao meio de crescimento e as células são distribuídas em novos frascos para cultura.
Nível de Biossegurança:	É necessário um laboratório de biossegurança 1 para manusear e manter culturas de células estaminais mesenquimais.

3. Diferentes tipos de células estaminais mesenquimatosas e suas caraterísticas principais

Existem muitos tipos de células estaminais mesenquimais com base na sua origem. Nesta secção do artigo, são abordados três tipos principais de MSC.

3.1 Células estaminais mesenquimais derivadas do tecido adiposo

As células estaminais mesenquimais derivadas do tecido adiposo (AD-MSCs) são um tipo de células estaminais mesenquimais extraídas do tecido adiposo ou gordo.
Estão presentes em abundância no tecido adiposo e o processo de extração é relativamente fácil através de um procedimento minimamente invasivo chamado lipoaspiração.
É menos provável que provoquem uma resposta imunitária aquando de um transplante alogénico.
Estas células apresentam um potencial adipogénico robusto, o que significa que têm uma elevada tendência para se diferenciarem em adipócitos (células adiposas) em comparação com outros tipos de células estaminais mesenquimais.

Células de tecido adiposo mesenquimatoso humano (HMSC.AD) com ampliação de 10x em meio de cultura de células MSC-2 e meio de diferenciação adipogénica coradas com Oil-Red-O, destacando os triglicéridos como marcador de adipócitos.

3.2 Células estaminais mesenquimais derivadas da medula óssea

As células estaminais mesenquimais derivadas da medula óssea (BM-MSCs) são colhidas da medula óssea, normalmente do osso da anca e da coxa. Estas células não hematopoiéticas foram descobertas em 1970 por A.J. Friedenstein.
O procedimento de extração das BM-MSCs é doloroso e mais invasivo, por exemplo, a aspiração da medula óssea.
O transplante de células estaminais mesenquimais da medula óssea requer uma estreita correspondência com o recetor para reduzir o risco de rejeição imunitária.
As BM-MSCs possuem potencial osteogénico. Têm uma maior tendência para se diferenciarem em osteócitos, as células ósseas.

Com uma ampliação de 40x, células em processo de diferenciação osteogénica com coloração Alizarin-Red-S para visualizar depósitos de cálcio e, com a mesma ampliação, células em processo de diferenciação adipogénica coradas com Oil-Red-O.

3.3 Células estaminais mesenquimais derivadas do cordão umbilical

As células estaminais derivadas do cordão umbilical (UC-MSCs) são obtidas a partir do tecido do cordão umbilical.
O tecido do cordão umbilical é facilmente acessível para a extração de células estaminais após o parto.
Tal como as BM-MSC, as células estaminais do cordão umbilical também requerem uma correspondência HLA entre o recetor e o dador para o transplante, a fim de evitar qualquer resposta imunitária.
Apresentam uma maior tendência para a diferenciação neural e, por conseguinte, são instrumentos de investigação valiosos para a investigação neurológica.

4. Aplicações de investigação das células estaminais mesenquimais

As células estaminais mesenquimatosas (MSC) são amplamente utilizadas na investigação biomédica devido ao seu significativo potencial terapêutico. Nesta secção, são mencionadas algumas aplicações promissoras de diferentes tipos de MSC.

Investigação em medicina regenerativa: As células estaminais mesenquimais são células multipotentes; têm o potencial de se diferenciar em vários tipos de células, como cartilagem, osso, músculo e células adiposas. Por conseguinte, são administradas como medicina regenerativa para reparar e substituir tecidos feridos ou danificados. As aplicações regenerativas das MSC são observadas principalmente em lesões cutâneas, ósseas e músculo-esqueléticas. Por exemplo, um estudo realizado por Helena Debiazi Zomer e colaboradores em 2020 descobriu que as células estaminais mesenquimais derivadas de tecidos adiposos (AD-MSCs) são capazes de acelerar a cicatrização de feridas cutâneas em modelos de ratinhos. Estimulam a angiogénese e a remodelação da matriz extracelular para promover uma cicatriz de melhor qualidade, semelhante à pele saudável normal, do que o grupo de controlo [3]. A investigação também observou as propriedades de reparação de defeitos ósseos das células estaminais mesenquimais derivadas do cordão umbilical. Estas exercem efeitos reparadores ao promoverem a angiogénese, a osteoclastogénese e a mobilização de MSCs do hospedeiro ou ao diferenciarem-se em células semelhantes a osteoblastos [4].
Doenças/perturbações do sistema imunitário: As células estaminais mesenquimais exercem efeitos imunomoduladores. Tendem a regular as respostas imunitárias e a reduzir a inflamação. Por conseguinte, são utilizadas para tratar doenças auto-imunes, ou seja, artrite reumatoide, esclerose múltipla, doença inflamatória intestinal, etc. Um estudo explorou o efeito imunomodulador das células estaminais mesenquimais derivadas da medula óssea nas células T do sangue periférico extraídas de doentes com artrite reumatoide. As células BM-MSC exercem um efeito inibitório sobre as células T e suprimem as citocinas envolvidas na fisiopatologia da artrite reumatoide [5].
Investigação neurológica e cardiovascular: As MSC têm um potencial significativo para aplicações de investigação neurológica e cardiovascular. São utilizadas para tratar várias doenças neurodegenerativas, incluindo a doença de Parkinson e de Alzheimer. Além disso, são utilizadas no tratamento de doenças cardiovasculares, uma vez que reparam tecidos cardíacos danificados ou lesionados após eventos cardíacos. Além disso, as MSC também promovem a angiogénese, pelo que são valiosas para a investigação cardiovascular. Um estudo deste tipo explorou o potencial terapêutico das células estaminais mesenquimais derivadas do tecido adiposo e da medula óssea num modelo de enfarte agudo do miocárdio (IM). O estudo concluiu que ambas as fontes são igualmente benéficas na regeneração dos tecidos cardíacos e na redução da fibrose [6]. Curiosamente, uma investigação realizada em 2022 descobriu que as células estaminais mesenquimais derivadas do cordão umbilical humano (UC-MSCs) exercem efeitos neuroprotectores em modelos de ratinhos com doença de Parkinson através da regulação dos microrganismos intestinais. O modelo de ratinho apresentou uma melhoria da função locomotora após o transplante intranasal de UC-MSCs [7].

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Referências

Ding, D.C., W.C. Shyu, e S.Z. Lin, Mesenchymal stem cells. Cell Transplant, 2011. 20(1): p. 5-14.
Zhan, X.-S., et al., Um estudo comparativo das caraterísticas biológicas e perfis de transcriptoma de células estaminais mesenquimais de diferentes tecidos caninos. Revista internacional de ciências moleculares, 2019. 20(6): p. 1485.
Zomer, HD, et al., Células estromais mesenquimais de tecidos dérmicos e adiposos induzem a polarização de macrófagos para um fenótipo pró-reparação e melhoram a cicatrização de feridas na pele. Cytotherapy, 2020. 22(5): p. 247-260.
Kosinski, M., et al., Reparação de defeitos ósseos utilizando um substituto ósseo suportado por células estaminais mesenquimais derivadas do cordão umbilical. Stem Cells International, 2020. 2020.
Pedrosa, M., et al., Immunomodulatory effect of human bone marrow-derived mesenchymal stromal/stem cells on peripheral blood T cells from rheumatoid arthritis patients. Jornal de engenharia de tecidos e medicina regenerativa, 2020. 14(1): p. 16-28.
Omar, AM, et al., Estudo Comparativo do Potencial Terapêutico de Células Estaminais Mesenquimais Derivadas de Tecido Adiposo e Medula Óssea em Modelo de Enfarte Agudo do Miocárdio. Oman Med J, 2019. 34(6): p. 534-543.
Sun, Z., et al., As células estaminais mesenquimais do cordão umbilical humano melhoram a função locomotora no modelo de rato da doença de Parkinson através da regulação de microorganismos intestinais. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022. 9: p. 808905.