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Sangue periférico como fonte de células para terapia celular

Peripheral blood as a source of stem cells

Resumos

O sangue periférico tem sido utilizado como fonte de células progenitoras hematopoéticas para o transplante de medula óssea, única aplicação clínica bem estabelecida até o momento para as células-tronco. Mais recentemente, além das células progenitoras hematopoéticas, estudos têm identificado também no sangue periférico a presença de células-tronco mesenquimais. Estas células apresentam as mesmas características e marcadores de superfície que as células-tronco mesenquimais da medula óssea e são capazes de diferenciação em células do tecido conjuntivo como osteócitos, condrócitos, adipócitos e miócitos. Embora sua origem e destino ainda sejam desconhecidos, a presença destas células no sangue periférico de indivíduos adultos representa um importante instrumento na área de medicina regenerativa e terapia celular. O conhecimento de marcadores imunofenotípicos que possam caracterizar as CTM de forma mais prática e objetiva e de possíveis estratégias capazes de aumentar o número destas células na circulação são fundamentais para o avanço de pesquisas clínicas baseadas na sua utilização.

Célula-tronco mesenquimal; célula progenitora hematopoética; unidades formadoras de colônias de fibroblastos (CFU-Fs); sangue periférico; mobilização


Peripheral blood has been routinely used as a source of hematopoietic progenitor cells for allogeneic and autologous bone marrow transplantation. Recent studies have demonstrated that a low number of mesenchymal stem cells are also present in the peripheral blood. They share the same surface markers as bone marrow-derived mesenchymal stem cells and are capable of differentiating into mesenchymal lineage cells including osteocytes, adipocytes and chondrocytes. Although their origin and destination are unclear, their presence in the peripheral blood of adults seems to represent an important and powerful tool for regenerative medicine and cell therapy.

Mesenchymal stem cell; hematopoietic stem cell; colony-forming units- fibroblastic (CFU-Fs); peripheral blood; mobilization


REVISÃO REVIEW

Sangue periférico como fonte de células para terapia celular

Peripheral blood as a source of stem cells

Alfredo Mendrone Junior

Médico do Laboratório de Biologia Molecular da Divisão de Sorologia da FPS/HSP – São Paulo-SP

Correspondência Correspondência: Alfredo Mendrone Junior Av. Dr. Enéas Carvalho de Aguiar, 155 – 1º andar – Cerqueira César 05403000 – São Paulo-SP – Brasil E-mail: alfredo.mendrone@prosangue.sp.gov.br

RESUMO

O sangue periférico tem sido utilizado como fonte de células progenitoras hematopoéticas para o transplante de medula óssea, única aplicação clínica bem estabelecida até o momento para as células-tronco. Mais recentemente, além das células progenitoras hematopoéticas, estudos têm identificado também no sangue periférico a presença de células-tronco mesenquimais. Estas células apresentam as mesmas características e marcadores de superfície que as células-tronco mesenquimais da medula óssea e são capazes de diferenciação em células do tecido conjuntivo como osteócitos, condrócitos, adipócitos e miócitos. Embora sua origem e destino ainda sejam desconhecidos, a presença destas células no sangue periférico de indivíduos adultos representa um importante instrumento na área de medicina regenerativa e terapia celular. O conhecimento de marcadores imunofenotípicos que possam caracterizar as CTM de forma mais prática e objetiva e de possíveis estratégias capazes de aumentar o número destas células na circulação são fundamentais para o avanço de pesquisas clínicas baseadas na sua utilização.

Palavras-chave: Célula-tronco mesenquimal; célula progenitora hematopoética; unidades formadoras de colônias de fibroblastos (CFU-Fs); sangue periférico; mobilização.

ABSTRACT

Peripheral blood has been routinely used as a source of hematopoietic progenitor cells for allogeneic and autologous bone marrow transplantation. Recent studies have demonstrated that a low number of mesenchymal stem cells are also present in the peripheral blood. They share the same surface markers as bone marrow-derived mesenchymal stem cells and are capable of differentiating into mesenchymal lineage cells including osteocytes, adipocytes and chondrocytes. Although their origin and destination are unclear, their presence in the peripheral blood of adults seems to represent an important and powerful tool for regenerative medicine and cell therapy.

Key words: Mesenchymal stem cell; hematopoietic stem cell; colony-forming units- fibroblastic (CFU-Fs); peripheral blood; mobilization.

Sangue periférico como fonte de células-tronco hematopoéticas

As células progenitoras hematopoéticas (CPH) da medula óssea são responsáveis pela formação de todas as células maduras presentes no sangue. Embora recentemente tenham surgido evidências de que as CPH também têm a capacidade de se diferenciarem em outras linhagens celulares não hematopoéticas, a única aplicação clínica bem estabelecida para as CPH até o momento é a recomposição do tecido hematopoético medular após terapia mieloablativa no transplante de medula óssea.

Desde o início dos anos 80, após descrições de que CPH também se encontram na circulação, o sangue periférico tem sido utilizado como fonte de CPH para a realização de transplante de medula óssea (TMO) autogênico e alogênico. Em 1981, Körbling1 descreveu o que pode ter sido o primeiro caso de recuperação hematopoética em um paciente com leucemia mielóide crônica submetido a transplante autólogo de medula óssea, utilizando células mononucleares normais de sangue periférico. Estas células foram obtidas do sangue por leucaférese e criopreservadas para serem infundidas posteriormente, após regime de condicionamento. Em 1986, Kessinger2 relatou pela primeira vez, em humanos, reconstituição hematopoética completa após transplante autólogo, utilizando células progenitoras mobilizadas de sangue periférico. No mesmo ano, Reiffers3 reportou um caso de leucemia aguda não linfocítica em primeira recaída tratada com transplante autólogo utilizando células progenitoras de sangue periférico coletadas previamente por leucaférese, e Körbling4 publica um artigo relatando um caso de linfoma de Burkitt em remissão completa, também tratado com transplante autólogo utilizando células periféricas coletadas. Nos dois relatos, os pacientes apresentaram rápida reconstituição hematopoética. Em 1989, um caso ocasional de transplante alogênico foi realizado utilizando células progenitoras de sangue periférico depletadas de linfócitos T. Enxertia das três linhagens hematopoéticas foi observada 27 dias após o transplante. Estudos citogenéticos revelaram que a medula óssea e o sangue periférico do receptor foram repovoados exclusivamente por células do doador.5

O sucesso desses relatos iniciais, associado à facilidade para obtenção de CPH de sangue periférico através de equipamentos automatizados de aférese utilizados na coleta, ao menor tempo para reconstituição hematopoética observada com CPH circulantes do que com células coletadas diretamente da medula óssea6-8 e às publicações demonstrando que as CPH do sangue periférico são capazes de reconstituir a hematopoese em curto prazo e em longo prazo,9,10 fizeram com que o sangue periférico progressivamente substituísse a medula óssea como fonte de CPH tanto em transplantes autólogos quanto em alogênicos. Em 1994, 65% dos transplantes autólogos e 5% dos transplantes alogênicos registrados pelo European Group for Blood and Marrow Transplantation (EBMT) foram realizados com CPH de sangue periférico.11 Em 2005, 98% dos transplantes autólogos e 74% dos transplantes alogênicos realizados na Europa utilizaram o sangue periférico como fonte de CPH.7,12,13

As CPH têm sido caracterizadas através da sua expressão do antígeno CD34. Em transplantes autogênicos, o tempo para enxertia hematopoética após terapia mieloablativa está diretamente relacionado com o número de células CD 34+ infundidas.6 Na maioria desses transplantes, a infusão de um número igual ou superior a 2,0 x 106 células CD34+/kg peso é suficiente para que a enxertia hematológica ocorra em 10-12 dias.14 A administração de doses superiores a 5,0 x 106 células CD34+/kg peso proporciona um incremento ainda maior na velocidade de recuperação hematológica, especialmente de plaquetas.15 Inversamente, doses inferiores a 1,0 x 106 células CD34+/kg de peso geralmente levam a um retardo na recuperação de neutrófilos, sendo que, em alguns pacientes, a recuperação hematopoética completa poderá nunca ocorrer.16 Por esta razão, o número de CPHs coletadas tem importância fundamental no resultado do transplante autólogo.

Em condições basais, a quase totalidade das CPH se encontra na medula óssea. Apenas duas em cada 100 mil células mononucleares do sangue periférico são CPH.17 Para se coletar um número suficiente de células progenitoras hematopoéticas do sangue periférico que garanta enxertia medular em um transplante autogênico ou alogênico, as CPH devem ser recrutadas da medula óssea para a circulação. Este processo, habitualmente denominado mobilização, pode ser clinicamente induzido em humanos através da administração de agentes quimioterápicos mielossupressores, como a ciclofosfamida e o etoposide, da administração de fatores de crescimento hematopoéticos, como o G-CSF e o GM-CSF, ou com a administração combinada de ambos.2,18,19 Em transplantes autogênicos, a administração conjunta de quimioterapia mielossupressora e fatores de crescimento hematopoéticos tem sido a abordagem mais comumente utilizada para mobilização de CPH.20 Esta abordagem é capaz de promover um maior incremento de CPH no sangue periférico do que a administração isolada de ambos21 e ainda reduzir o risco de contaminação do produto coletado por células tumorais. Em transplantes alogênicos, a administração isolada de fatores de crescimento ao doador é suficiente para produzir uma mobilização adequada de CPH para o sangue periférico e consequentemente um rendimento desejado na coleta.

O reconhecimento de estratégias capazes de promover a mobilização das CPH da medula óssea para o sangue periférico também contribuiu para o aumento da utilização de CPH circulante no TMO.

Sangue periférico como fonte de células-tronco mesenquimais

O conceito de célula-tronco mesenquimal (CTM) foi proposto por Maureen Owen22 e popularizado por Arnold Caplan no final dos anos 80 e início dos anos 90. Caplan caracterizou as CTM como sendo células com morfologia fibroblastóide que se aderem à superfície de crescimento e com expressão de antígenos reativos com os anticorpos monoclonais SH2, SH3 e SH4.23 Por esta razão, estas células foram inicialmente denominadas de células formadoras de colônias de fibroblastos (CFU-Fs = colony stimulating unit - fibroblastic). Mais recentemente, receberam a denominação de células-tronco mesenquimais.

As CTM têm a capacidade de diferenciação in vivo e ex vivo em células do tecido conjuntivo, incluindo adipócitos, osteócitos, condrócitos e miócitos. Estudos recentes têm demonstrado que as CTM também contribuem favoravelmente no tempo de enxertia da célula-tronco hematopoética, na prevenção da doença do enxerto contra hospedeiro (DECH) e ainda podem se diferenciar em células de outras linhagens celulares incluindo neuroectodérmica e endodérmica.45 Em decorrência da possibilidade do seu uso em medicina regenerativa e em engenharia de tecidos, essas células têm gerado grande interesse por parte dos pesquisadores.

A principal fonte de CTM é a medula óssea. No entanto, estas células representam apenas uma pequena porcentagem do número total de células da medula. Pittenger e colaboradores24 mostraram que somente 0,01% - 0,001% das células mononucleares isoladas por gradiente de densidade dão origem a colônias de células aderentes ao plástico da superfície de crescimento. Além da medula óssea, as CTM também estão localizadas em outros tecidos incluindo tecido adiposo, placenta, sangue de cordão umbilical, líquido amniótico, fígado fetal e sangue periférico.25

As observações feitas no início do século passado sobre a transformação de leucócitos circulantes em células fibroblásticas, com posterior diferenciação em tecido conjuntivo,26,27 provavelmente representam as primeiras evidências da presença de CFU-Fs no sangue periférico. Posteriormente, outros pesquisadores confirmaram a existência de CFU-Fs no sangue com característica clonogênica e com elevada capacidade replicativa.28-31 No entanto, foi sugerido inicialmente que essas células fibroblásticas encontradas em amostras de sangue periférico poderiam ser resultado de contaminação de fragmentos de tecido conjuntivo. Esta suspeita de contaminação da amostra por células endoteliais ou por tecido conjuntivo durante a coleta da amostra foi logo eliminada por resultados obtidos em experimentos que compararam o número de colônias fibroblásticas no sangue após cultura de amostra obtida com múltiplas punções e com punção única.32

Desde então, inúmeros relatos têm surgido na literatura demonstrando a presença, no sangue periférico, de células com capacidade de se diferenciarem em outras células no tecido conjuntivo.33-38

Tondreau e col.34 testaram o potencial do sangue periférico mobilizado com fator de crescimento como fonte de células-tronco mesenquimais. Os autores demonstraram que CTM podem ser facilmente isoladas a partir da fração de células CD133+ do sangue périférico mobilizado. Os autores observaram também que as CTM circulantes apresentam grande potencial proliferativo e capacidade de diferenciação em adipócitos, osteócitos, condrócitos, neurônios e células da glia, igualmente às CTM da medula óssea. Os autores relataram também que as CTM do sangue periférico expressam Oct4, marcador presente em células indiferenciadas com alta capacidade proliferativa.

Khosla e Eghbali-Fatourechi38 referiram a presença no sangue periférico de células com potencial osteogênico. Estas células se encontram em número aumentado no sangue de adolescentes do sexo masculino e provavelmente aumentam também após fraturas ósseas. Estas células expressam proteínas relacionadas com o tecido ósseo e podem mineralizar in vitro. Os autores concluem que a identificação destas células no sangue periférico abre novas questões a respeito da reparação de fraturas e remodelação óssea.

Zwaifler e col.39 demonstraram a presença de CTM no sangue periférico de pessoas normais e observaram que, da mesma maneira que as CTM da medula óssea, as CTM do sangue periférico, quando colocadas em cultura, se aderem ao plástico ou vidro da superfície de crescimento, sofrem proliferação logaritmica na presença de soro fetal bovino e formam células com morfologia fibroblástica. A obtenção das células não foi afetada com a seleção negativa de células CD34, CD3 e CD14 positivas.

Mansilla e cols.40 compararam a presença de células com imunofenótipo de CTM no sangue periférico de indivíduos normais e de grandes queimados com o objetivo de testar a hipótese de que, durante situações de grande lesão tecidual, o número destas células aumenta na circulação. Os autores encontraram CTM na circulação de ambos os grupos. No entanto, quando comparado com amostras obtidas de indivíduos normais, o sangue de pacientes com queimaduras mostrou uma porcentagem significativamente maior de CTM (P<0.001). A porcentagem de CTM no sangue periférico apresentou correlação direta com a extensão e a gravidade da queimadura. Os autores concluiram que as CTM encontradas no sangue periférico provavelmente desempenham um importante papel no processo de regeneração de tecidos humanos.

Experimentos realizados in vivo e in vitro têm demonstrado que as CFU-Fs de sangue periférico mantêm a mesma capacidade de diferenciação mesenquimal das CFU-Fs provenientes da medula óssea, incluindo diferenciação em osteoblastos, adipócitos, condrócitos e fibroblastos. A sua habilidade de multidiferenciação faz das CTM de sangue periférico uma candidata potencial para aplicação em terapia celular e engenharia de tecidos. Como o sangue é mais facilmente acessível do que a medula óssea, as vantagens de se utilizar o sangue periférico como fonte de CTM são óbvias. No entanto, o número de CTM no sangue periférico é inferior ao da medula óssea, o que pode representar um obstáculo para sua utilização clínica no futuro.34,41

Embora a presença de CTM no sangue periférico seja fortemente sugerida, ainda não está esclarecido como estas células chegam à circulação.42 A hipótese mais aceita é de que as CTM migram da medula óssea e/ou de outros órgãos para a periferia. Em um trabalho experimental, CTM autogênicas da medula óssea foram injetadas no fêmur de camundongos com osteogênese imperfeita. Posteriormente, elas foram detectadas no fêmur contralateral, pulmões e fígado, além da cavidade óssea local.43

Em outro estudo também experimental, Shirley e colaboradores44 testaram a hipótese de que, após uma fratura óssea, existe um recrutamento sistêmico de células formadoras de osso para o local da fratura, usando um modelo de osteotomia ulnar em coelhos. Neste estudo, CTM da medula óssea marcadas foram implantadas na cavidade óssea da tíbia do animal 48 horas após a osteotomia ulnar. Após três semanas, as CTM marcadas foram encontradas no calo da fratura ulnar. Os autores concluíram que alguns osteoblastos envolvidos na reparação da fratura ulnar produzida nos animais foram mobilizados de sítios medulares remotos e recrutados para o local da fratura.

G-CSF é capaz de aumentar o número de CFU-Fs no sangue periférico?

Kassis e colaboradores37 avaliaram a presença de CTM de diferentes fontes, com ênfase no sangue periférico mobilizado com G-CSF de indivíduos normais. Utilizando microesferas recobertas com fibrina, os autores isolaram um número significativo de CTM de sangue periférico mobilizado. Estas células apresentaram pluripotencialidade com capacidade de diferenciação em vários fenótipos da linhagem mesodérmica.

Lund e colaboradores46 analisaram as células mononucleares de sangue periférico mobilizado com fator estimulador de colônias de granulócitos (G-CSF) de doadores voluntários. Os autores observaram que, embora em pequeno número, o sangue mobilizado com G-CSF contém uma população de células com marcadores fenotípicos de CTM que eles chamaram de CFU-Fs mobilizadas. Estas células se diferenciaram nas linhagens osteogênicas e adipogênicas. No entanto, diferente de relatos anteriores, as CFU-Fs mobilizadas apresentaram capacidade limitada de expansão in vitro e se tornaram senescentes 20-25 dias após o isolamento, muito provavelmente devido à diminuição da atividade telomerase. Os autores concluem que este achado poderá limitar seu uso potencial em transplantes ou terapia gênica.

Em um trabalho experimental com camundongos submetidos a transplante de medula óssea (TMO) alogênico, Tatsumi e colaboradores47 observaram que o tratamento com G-CSF provocou aumento significativo no número de CTM do doador tanto na medula óssea quanto no sangue periférico do receptor. Os autores concluíram que o G-CSF promove enxertia das células-tronco mesenquimais do doador na medula óssea e sua mobilização para a circulação após TMO alogênico.

Ripa e colaboradores48 estudaram 78 pacientes com infarto agudo do miocárdio submetidos a tratamento com G-CSF com o objetivo de descrever o potencial de mobilização de células-tronco do G-CSF com ênfase especial nas CTM. Os autores observaram que o número de células-tronco mesenquimais aumentou aproximadamente quatro vezes durante o tratamento com G-CSF, resultando em exposição do miocárdio de 5,0 ± 3,7 x 1011 CTM após o G-CSF quando comparado com 2,0 ± 1,2 x1011 células no grupo placebo (P<0.001).

Características histoquímicas e imunofenotípicas das CFU-Fs de sangue periférico

As CTM do sangue periférico apresentam características histoquímicas e imunofenotípicas muito semelhantes às CTM da medula óssea. As CTM circulantes sintetizam uma série de proteínas da matriz extracelular, não possuem marcadores de células progenitoras hematopoéticas (CD 34), de macrófagos (CD 14) e antígeno comum leucocitário (CD 45). Apresentam baixa expressão de CD117, não apresentam HLA-DR na sua superfície e expressam CD44, CD105 (SH2), CD106 (VCAM-1), CD166, CD73 (SH3) e CD90 (Thy-1). As principais características imunofenotípicas da CTM de sangue periférico podem ser vistas na Tabela 1.

Concluindo, o sangue periférico representa uma importante fonte de células progenitoras hematopoéticas. Recentes relatos sobre a presença de células-tronco mesenquimais na circulação e sua capacidade de multidiferenciação, associado à maior facilidade na coleta em relação à medula óssea, têm despertado o interesse de alguns pesquisadores sobre a utilização do sangue periférico como fonte de células-tronco mesenquimais com propostas de terapia celular. Embora até o presente momento a medula óssea ainda represente a principal fonte de CTM, a identificação de marcadores imunofenotípicos que possam caracterizar as CTM de forma mais prática e objetiva e o conhecimento sobre mecanismos envolvidos no aparecimento destas células na circulação com possíveis estratégias para sua mobilização, poderão fazer do sangue periférico uma importante fonte de CTM, assim como o ocorrido durante os anos 90 com relação às células progenitoras hematopoéticas circulantes.

Recebido: 28/8/2008

Aceito: 26/9/2008

Fundação Pró-Sangue/Hemocentro de São Paulo – São Paulo-SP

Avaliação: O tema apresentado consta da pauta elaborada pelo editor, Professor Milton Artur Ruiz, e coeditores deste suplemento, Professores Sergio Paulo Bydlowski e Adriana Seber.

Conflito de interesse: não declarado

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  • Correspondência:
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    Av. Dr. Enéas Carvalho de Aguiar, 155 – 1º andar – Cerqueira César
    05403000 – São Paulo-SP – Brasil
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  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      15 Maio 2009
    • Data do Fascículo
      Maio 2009

    Histórico

    • Aceito
      26 Set 2008
    • Recebido
      28 Ago 2008
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