Embryonic stem (ES) cell-like stem cells made from adult cells—and morphed into eye cells—are not rejected by the immune system, according to “humanized mouse” data in Cell Stem Cell. The Cell Stem Cell paper also offered a different kind of eye-opener however: while eye cells (called retinal pigment epithelium (RPE)) cells from iPSCs are accepted by the immune system, other cells from the same iPSCs may be rejected: smooth muscle cells (SMCs). This study sheds light on the immune response to stem cell therapy.
"Este artículo me ha parecido sorprendente", declaró a Bioscience Technology el doctor Paul Knoepfler, experto en iPSC de la Universidad del Sur de California en San Diego (USCD). Knoepfler no participó en el estudio. "Se suponía que podíamos producir células a partir de iPSC y devolvérselas al paciente sin preocuparnos. Que esto no siempre sea cierto debería estar en nuestras pantallas de radar, especialmente dado el impulso que hay ahí fuera para hacer estudios clínicos con iPSCs."
“This paper addresses key questions in the field of regenerative medicine; mainly, understanding the immunogenicity of pluripotent stem cell derivatives,” Stanford Cardiovascular Institute Director Joseph Wu, M.D., Ph.D., told Bioscience Technology. Wu was also uninvolved. “Future studies will need to focus on further improvement of the humanized mouse model, which can be used to help us design clinically applicable immunosuppression regimens for stem cell therapy.”
Paul Fairchild, doctor en Filosofía y codirector del Instituto de Células Madre de la Universidad de Oxford, también investiga la inmunogenicidad de las iPSC. "Se trata de un trabajo elegante, que parece corroborar hallazgos anteriores sobre la inmunogenicidad de los tejidos derivados de iPSC singénicas en ratones", declaró a Bioscience Technology, si bien añadió que es necesario seguir trabajando.
El investigador de células madre de la USCD y autor principal, el doctor Yang Xu, declaró a Bioscience Technology: "El siguiente paso más importante es evaluar la inmunogenicidad de otros tipos celulares derivados de iPSCs, e identificar enfoques para minimizar las anomalías epigenéticas de las iPSCs."
Para el estudio, se trasplantaron células del EPR y CML creadas a partir de iPSC fetales humanas a ratones humanizados. Estos ratones poseían sistemas inmunitarios creados a partir de las mismas células fetales humanas que los EPR y las CML.
IPSCs are stem cells with many qualities of potent ES cells—without coming from embryos, being dedifferentiated from adult cells. Kyoto University’s Shinya Yamanaka in 2012 won the Nobel Prize for devising the protocol. It was first thought the new ES cell-like cells should not be rejected by immune systems of patients from whom they were derived. But a handful of studies have found some iPSC-derived cells are rejected, others not. There has been little understanding why, highlighting the complexities of stem cell therapy.
Utilizando un ratón Hu, el equipo de Xu encontró posibles respuestas. Vieron que las SMC derivadas de iPSC creaban repetidamente una gran respuesta inmunitaria en ratones humanizados (hechos a partir de las mismas células fetales humanas). Las células del EPR derivadas de IPSC no fueron rechazadas. Lo mismo ocurría con las células del EPR y las SMC aisladas de teratomas y diferenciadas in vitro mediante protocolos estándar.
A modo de control, el equipo de Xu también trasplantó a los ratones Hu células del EPR derivadas de células madre embrionarias humanas normales. Aunque ambos tipos de células del EPR se toleraron en los ojos (lugares inmunes privilegiados), cuando se trasplantaron a músculos esqueléticos no privilegiados, las células del EPR derivadas de células ES alogénicas generaron una respuesta inmune. De nuevo, las células del EPR derivadas de iPSC no lo hicieron.
El equipo analizó las células. Las SMC derivadas de iPSC expresaban genes diferentes de las SMC normales y mostraban una mayor expresión de moléculas inmunogénicas. En cambio, las células del EPR derivadas de iPSC mostraban una baja expresión de moléculas inmunógenas.
La anomalía epigenética, o no heredable, de las iPSC "podría tener un impacto distinto en los diferentes tipos celulares derivados de iPSC", declaró Xu a Bioscience Technology. "Éste podría ser el mecanismo subyacente que explique por qué las proteínas inmunogénicas se expresan en los SMC derivados de iPSC, pero no en los EPR derivados de iPSC". En este estudio, las iPSC se reprograman a partir de fibroblastos fetales del mismo individuo, por lo que no podemos utilizar iPSC de otras fuentes. Pero utilizaremos ratones Hu para evaluar la inmunogenicidad de las iPSC reprogramadas con diferentes enfoques que podrían minimizar la anormalidad epigenética."
Desde que su equipo fue el primero en dar la inesperada noticia en 2011 de que las iPSC podían generar células inmunógenas en ratones singénicos (hechas a partir de las mismas células madre embrionarias que las iPSC) "ha habido numerosos estudios para evaluar más a fondo la inmunogenicidad de las células derivadas de iPSC", dijo Xu. "Basándonos en la literatura, no es sorprendente que algunas células derivadas de iPSCs puedan ser inmunogénicas para el sistema inmune autólogo".
Mucha esperanza, muchas preguntas
El estudio ofrece esperanzas para los ensayos clínicos de EPR derivados de células madre embrionarias, el primer ensayo de EPR derivados de iPSC en Japón (actualmente en suspenso) y la medicina regenerativa en general.
Pero ha suscitado dudas. El doctor Nick Zavazava, científico de células madre de la Universidad de Iowa, también ha investigado la inmunogenicidad de las iPSC. Aunque el estudio de Xu representa una "primicia" en su uso de ratones Hu para observar el rechazo de iPSC, no "revela diferencias entre tejidos".
El equipo, dijo, "necesita probar EPR de otros laboratorios, porque si su protocolo permite la expresión continuada de los genes Zg16 y Hormad1, quizá no sea lo suficientemente bueno; es decir, portan antígenos normalmente expresados en teratomas. Estas proteínas se expresan normalmente en las células germinales y en las células cancerosas. No hay pruebas de que su protocolo de diferenciación sea lo suficientemente riguroso. El significado de los datos del repertorio de células T no se ha explicado suficientemente bien. Los datos son difíciles de interpretar".
Añadió que hay "grandes diferencias en los protocolos de diferenciación de los distintos laboratorios".
Xu responded his group “showed RPEs derived from iPSCs are functionally and transcriptionally almost identical to normal RPEs. They are immune-protected from the autologous immune system. In contrast, the SMCs differentiated from iPSCs are rejected by the autologous immune system, due to the overexpression of immunogenic proteins including Zg16. To demonstrate that the abnormally expressed immunogenic proteins induce immune rejection, we ectopically expressed Zg16 in iPSC-derived RPEs, leading to the rejection of these cells by the autologous immune system. RPEs derived from iPSCs normally express Zg16.” This research offers insights into the potential applications of stem cell therapy and highlights the importance of understanding immune responses in clinical settings.
Zavazava afirmó que su protocolo SMC puede no ser "suficientemente bueno". Permite la expresión de antígenos que no aparecen en los músculos lisos somáticos. Por eso se rechazan". Xu respondió que esto no era "exactamente" cierto. En el estudio demostró primero que "los SMC diferenciados espontáneamente a partir de varias líneas de iPSCs en teratomas son inmunogénicos al sistema inmune autólogo. Este tipo de diferenciación espontánea en teratomas es más cercana a la fisiología que los protocolos de diferenciación in vitro."
Tras señalar que los controles de células madre embrionarias singénicas podrían haber ayudado, Zavazava dijo que creía que el equipo de Xu debería haber seguido intentando producir células madre embrionarias menos inmunógenas. Xu estuvo de acuerdo en que es probable que "algunas células madre embrionarias hiPSC puedan generar células madre embrionarias menos inmunógenas, ya que no todas las células madre embrionarias de los teratomas son inmunógenas a los sistemas inmunitarios autólogos". Señaló que su equipo "afirmó en la discusión: 'Aunque las SMC diferenciadas a partir de iPSC presentan funcionalidades y perfiles de expresión génica globales muy similares a los de sus homólogas humanas normales, el hallazgo de que los antígenos inmunogénicos expresados en las SMC derivadas de iPSC no son expresados por las SMC humanas normales sugiere que una mejora adicional de la robustez del proceso de diferenciación de las iPSC podría ayudar a reducir la inmunogenicidad de las células derivadas de iPSC'".
Xu añadió que las células madre embrionarias singénicas no eran posibles, ya que sus ratones humanizados "reconstituidos con sistemas inmunitarios humanos se generan trasplantando hígado fetal y timo fetal humanos" a ratones inmunodeficientes.
Otros comentarios
Otros sugieren que la inmunogenicidad debería haberse demostrado mediante algo más que la infiltración de células inmunitarias en el injerto. Sin embargo, Xu afirma que su grupo "mostró el rechazo de las células derivadas de iPSC que expresan proteínas inmunogénicas en la Fig. 4", donde se indica que las células rechazadas no perduraron; las células de control sí lo hicieron.Otra preocupación expresada: se podrían haber ofrecido pruebas más concretas para un modelado adecuado del sistema inmunitario humano que el mero rechazo de los injertos de células que expresan ZG16, como se muestra en la Fig. 1c, donde sólo hubo un N=2. Xu dice que "los datos clave para demostrar que las células que expresan Zg16 derivadas de iPSCs son rechazadas inmunológicamente se incluyen en la Fig. 4, no en la Fig. 1c".
Algunos dicen que esos teratomas derivados de células madre embrionarias humanas alogénicas no deberían haber sobrevivido en los ratones Hu después de cinco semanas (Fig. 3a). Un ratón Hu realmente inmunocompetente tal vez debería rechazar antes esas células madre embrionarias humanas alogénicas. Pero Xu afirma que "la competencia inmunitaria de los ratones humanizados se ha descrito en detalle en una publicación anterior nuestra. Los teratomas contienen células de diversos linajes. Algunas no expresan CMH de clase II o expresan moléculas inmunosupresoras, por lo que no serán rechazadas eficazmente por el sistema inmunitario alogénico."
El estudio también halló más inmunogenicidad en los teratomas humanos derivados de células ES que en los teratomas humanos derivados de iPSC, basándose en una mayor infiltración de células inmunitarias (Fig. 1d). Pero las células T infiltrantes en los teratomas de células madre embrionarias humanas eran policlonales, mientras que las de los teratomas de iPSC eran oligoclonales.
Xu explica que la respuesta del teratoma de células ES "implicó a casi el 30 por ciento de todas las células T, ya que los TCR (receptores de células T) interactúan directamente con los MHC alogénicos sin importar si hay péptidos extraños o propios, por lo que son tan policlonales como la sangre periférica". Pero "sólo las células T específicas para una serie de antígenos inmunogénicos proliferarán en el injerto, dando lugar a TCR oligoclonales".
El estudio de Xu contribuye a la comprensión
Knoepfler afirma que, aunque queda mucho por hacer, "el tema de la inmunogenicidad potencial de las iPSC es importante. Este estudio contribuye a mejorar nuestros conocimientos. En el futuro, quizá dispongamos de ensayos de alto rendimiento para hacer pruebas antes de poner las células en pacientes."
Xu’s group “humanized recipient mice by implanting human fetal thymus and fetal liver,” Fairchild noted to Bioscience Technology. “They might legitimately argue these tissues would provide a source of human Zg16 against which the T cell repertoire would have been selected. I am not convinced this would necessarily be the case. Without removing the endogenous murine thymus, the peripheral T cell repertoire would be composed of a mixture of T cells, some educated in the murine thymus, some selected in the implanted human fetal thymus. Only the latter would have been rendered tolerant of the human version of Zg16. Those emerging from the murine thymus would still recognize the human protein as foreign, and respond accordingly.” This discussion adds depth to the study’s implications for stem cell therapy.
Aun así, Fairchild está de acuerdo en que el estudio hace avanzar los conocimientos. "El uso de un modelo humanizado va un paso más allá al sugerir que la respuesta inmunitaria puede limitar el éxito futuro de las terapias de reemplazo celular, con importantes implicaciones para la medicina regenerativa. No obstante, los resultados plantean preguntas sin respuesta que sugieren que el jurado podría estar aún deliberando. El rechazo de los tejidos autólogos depende de que los autoantígenos, como Zg16 y Hormad1, se comporten como extraños al organismo, una situación que exigiría que no hubieran participado en los procesos normales que imponen la autotolerancia durante la selección del repertorio de células T. Sería interesante evaluar la disponibilidad de antígenos candidatos en el timo, ya sea a través de su expresión endógena o de su importación desde sitios periféricos, para determinar si realmente cumplen estos criterios esenciales."
Afirmó que la presencia de dos timos es importante, aunque el SMC y el EPR se compararon en el mismo sistema. "La inmunogenicidad diferencial del EPR y el SMR puede sugerir que cualquier contribución del timo murino es mínima. Mi dificultad es que no entiendo por qué, con dos poblaciones de células T educadas en timos de especies diferentes, es posible lograr resultados tan aparentemente inequívocos. Este es un problema que tengo con todos los modelos de ratón humanizados. Suelen ser tan complejos que puede resultar muy difícil interpretar los resultados".
Respondió Xu: "Estos datos humanos deben ser considerados en el contexto de estudios previos en ratones que muestran que Zg16, Hormad1, etc, no están involucrados en la sección negativa en el timo del ratón. Así que pueden inducir respuestas inmunes en receptores singénicos cuando se expresan ectópicamente por células derivadas de iPSC."
Fecha: 21 de octubre de 2015
Fuente: http://www.biosciencetechnology.com/articles/2015/10/some-stem-cells-are-rejected-some-arent-says-ipsc-work
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