Describen la Presencia de Células Madre y Regeneración de Miocitos en el Corazón Humano

• AUTOR : Kajstura J, Urbanek K, Anversa P y colaboradores
• TITULO ORIGINAL : Cardiomyogenesis in the Adult Human Heart
• CITA : Circulation Research 107(2):305-315, Jul 2010
• MICRO : Se describe la presencia de células madre cardíacas que presentan todas las propiedades que caracterizan a las células progenitoras, ya que se renuevan a sí mismas, inducen líneas celulares clonales y son multipotentes en modelos in vivo e in vitro.

Introducción

Se ha considerado al corazón adulto como un órgano en el cual el número de células parenquimatosas se define en el nacimiento, por lo cual los cardiomiocitos que mueren por envejecimiento o lesiones cardíacas no pueden reponerse con células neoformadas. Sin embargo, en distintos estudios se han identificado células madre cardíacas (CMC), incluso en el corazón de animales y seres humanos adultos. Estas células pueden dividirse en modelos in vitro e in vivo, por lo cual el corazón podría representar un órgano con capacidad de renovación. Sobre la base de estudios de datación con isótopos radioactivos, esta renovación en los seres humanos parece restringida a una subpoblación correspondiente al 50% de los cardiomiocitos.

Para llevar a cabo una evaluación más precisa del potencial del crecimiento del miocardio humano, se llevó a cabo un estudio ex vivo con la determinación de nucleótidos halogenados en el tejido cardíaco.

Métodos

Se determinó el porcentaje de miocitos que contenían yododesoxiuridina (IDU), un análogo de la timidina con efecto radiosensibilizador, en muestras de tejido cardíaco obtenidas después del fallecimiento de 8 pacientes oncológicos que recibieron infusiones de ese fármaco. Los nucleótidos halogenados como la IDU se caracterizan por su rápida incorporación a las células en fase de crecimiento y su transmisión en forma progresivamente diluida a las nuevas células. Por lo tanto, permiten estimar la formación de nuevos miocitos de forma comparable a los ensayos con radioisótopos marcados con seguimiento efectuados en modelos con animales. Se confirmó y se cuantificó la presencia de IDU en los miocitos, las células endoteliales y los núcleos de los fibroblastos mediante técnicas de inmunohistoquímica.

Resultados

Debido a las grandes diferencias en la tasa de renovación de los miocitos señalada por distintos laboratorios, en este análisis se aplicaron las normativas de codificación propuestas por los National Institutes of Health (NIH).

Se reconoció la presencia de IDU en los miocitos y en otros tipos celulares en el tejido obtenido del ventrículo izquierdo de los 8 enfermos. Con la excepción de un caso en el cual el porcentaje de miocitos que contenían IDU nuclear era del 2.5%, en las otras 7 muestras la fracción de cardiomiocitos marcados variaba entre el 11% y el 46%. Se señala que no se reconoció la presencia de este nucleótido halogenado en muestras de ventrículo izquierdo de 6 corazones normales que no habían sido expuestos a esta sustancia y que se eligieron como grupo de control negativo.

Con el fin de optimizar el análisis, se unificaron los datos de las 8 muestras. En este modelo, se observó la formación de un promedio de 24% de nuevos miocitos a lo largo de una media de 405 días, equivalentes a un 22% de nuevos miocitos anuales o de 0.06% de nuevas células diarias. Al incorporar la edad de los pacientes al modelo de análisis, el número de nuevos miocitos generados a diario se estimó en 3.0 x 106 células.

De todos modos, la presencia de variables de confusión (reparación del ADN, poliploidía y fusión celular) podría asociarse con una sobreestimación de la tasa real de regeneración de los miocitos. La reparación de ADN se vincula con un patrón moteado de IDU, debido a su integración en áreas focales y dañadas de las cadenas de ácidos nucleicos. Como contrapartida, la incorporación uniforme del nucleótido permite identificar a las células en las cuales se replica la totalidad del genoma. Se reconocieron focos de IDU en algunos núcleos de los miocitos, lo que se atribuyó a la baja sensibilidad de la metodología para la detección de los procesos de reparación del ADN. Para validar la técnica empleada se aplicaron técnicas de localización simultánea de bromodesoxiuridina y proteína Ki67.

Los autores recuerdan que la poliploidía se caracteriza por un incremento exponencial del contenido de ADN como consecuencia de una cantidad de duplicaciones de la totalidad del genoma. Con el fin de evaluar la contribución de la poliploidía en el análisis, se cuantificó el contenido de ADN nuclear mediante microscopia confocal tanto en los miocitos que incluían IDU como en los que no lo incluían. Se efectuó así una comparación con núcleos de linfocitos amigdalinos, considerados células diploides de control. Se verificó que una pequeña proporción de los miocitos con IDU presentaban un contenido de ADN superior al diploide pero inferior al tetraploide, por lo que se consideraron células Ki67 positivas en fase de duplicación y amplificación, sin adquirir aún su diferenciación final. Estos resultados se corroboraron por medio de pruebas de citometría de flujo en las cuales se determinó que la proporción de miocitos diploides, tetraploides y octaploides era del 83%, 14% y 3%, respectivamente.

En otro orden, para estimar la posibilidad de fusiones celulares se calculó el número de cromosomas sexuales en 614 núcleos de 4 muestras con niveles altos de células que contenían IDU. En 591 de estos núcleos se reconocieron 2 cromosomas X o bien un cromosoma X y un cromosoma Y. De este modo, los investigadores mencionan que el corazón humano está integrado en su mayor parte por células diploides, mientras que la fusión celular es un fenómeno ocasional.

Por otra parte, se llevó a cabo un análisis comparativo de la renovación de los miocitos en relación con los fibroblastos y las células endoteliales. Mientras que el porcentaje de fibroblastos que contenían IDU fue similar al de los miocitos, la fracción de células endoteliales que incluían este nucleótido resultó significativamente menor que la descrita tanto en miocitos como en fibroblastos. Se infirió que el período de vida de los cardiomiocitos, los fibroblastos y las células endoteliales se extendía por 4.5, 5 y 8 años, en el mismo orden. Asimismo, con el objetivo de establecer la probable similitud entre las tasas de renovación de los cardiomiocitos y los niveles de muerte celular, se cuantificó la apoptosis de los diferentes tipos celulares, sobre la base de la expresión de la proteína p16ING4a, asociada con el envejecimiento celular. Si bien el porcentaje de miocitos que expresaban esta molécula fue superior al de los fibroblastos y células endoteliales, la fracción de células de todos los tipos que contenían p16ING4a era más elevada que la proporción de elementos celulares en apoptosis. Se describieron niveles similares de regeneración y muerte celular, por lo cual se presume la presencia de un equilibrio entre ambos procesos.

Los expertos advierten la presencia de cambios histopatológicos en las muestras de tejido cardíaco de los 8 pacientes con cáncer, que podrían contribuir a la extensión de la renovación de los miocitos. Tanto la fracción de células en división como el índice mitótico fueron menores en los tejidos empleados como control, por lo que se postula que la presencia de patología cardíaca podría estimular la regeneración de los miocitos. Se destaca que, en este análisis, el nivel de mortalidad de los miocitos y de los restantes tipos celulares alcanzó valores similares. En este sentido, agregan que la asociación de p16ING4a con la presencia nuclear de troponina I en ausencia de marcadores de mitosis permitía la identificación de una población de miocitios senescentes. La aplicación de modelos moleculares de determinación de la permeabilidad nuclear resultó un recurso eficaz para reconocer que la translocación de troponina I del citoplasma al núcleo es un proceso exclusivo de los miocitos en fase de senescencia.

Discusión y conclusiones

Se han planteado diferentes hipótesis relacionadas con la presencia de miocitos en fase de mitosis en muestras cardíacas normales y patológicas. Se postuló tanto la existencia de una población de estas células con capacidad para reingresar al ciclo celular como la migración de células progenitoras de la médula ósea con posterior transdiferenciación. La confirmación de la presencia de CMC provocó una modificación de este enfoque y un avance en términos de la comprensión de los procesos de regulación de la homeostasis cardíaca y la reparación tisular. Los miocitos en replicación constituyen una población celular mononuclear y representan la progenie de las CMC. De acuerdo con los datos obtenidos, se calcula que se forman una gran cantidad de miocitos por año, por lo cual es probable que la totalidad del tejido cardíaco, en los seres humanos, se renueve durante el curso de la vida. Estos resultados no coinciden con las conclusiones de trabajos previos en los cuales se analizó la incorporación de 14C atmosférico al ADN nuclear de los cardiomiocitos. No obstante, esos ensayos se distinguen por la limitación vinculada con la inclusión exclusiva de las células cardíacas senescentes, caracterizadas por el contenido nuclear de troponina I.

Por otra parte, la presencia de CMC en el corazón humano parece no coincidir con los focos de regeneración tisular pequeños que se describen en sujetos con infartos de miocardio o hipertrofia por sobrecarga de presión. De este modo, la reserva celular miocárdica parece no ser suficiente para producir grandes cantidades de cardiomiocitos y restablecer la indemnidad estructural después de un infarto. En modelos con animales se ha señalado que las CMC presentes en el tejido infartado mueren por mecanismos de apoptosis al igual que los restantes miocitos, por lo cual la regeneración se limita a las regiones viables del corazón. Este mecanismo se describe también en otros órganos con capacidad de regeneración, por lo cual se señala que el compartimiento de células progenitores puede modular la homeostasis de los tejidos, pero sin capacidad para responder a la isquemia o al envejecimiento.

De esta manera, los autores aseguran que las CMC presentan todas las propiedades que caracterizan a las células progenitoras, ya que se renuevan a sí mismas, inducen líneas celulares clonales y son multipotentes en modelos in vivo e in vitro. Los miocitos amplificados y transitorios se dividen y maduran hasta adquirir un fenotipo adulto con diferenciación final.

Especialidad: Bibliografía - Cardiología