Producción Masiva de Células Madre Mesenquimales Humanas (hMSC) en Biorreactores de Un Solo Uso Agitados

Las células madre mesenquimales humanas (hMSC) son fundamentales en la medicina regenerativa. Su aplicación, ya sea en terapias autólogas (específicas para un paciente) o alogénicas (disponibles para cualquier paciente), dicta la escala de producción y, por ende, el tipo de biorreactor de un solo uso agitado que se debe utilizar.

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Estrategias de Expansión: Esferoides vs. Microportadores (MC)

La expansión de hMSC en biorreactores a escala de laboratorio (benchtop), suficiente para terapias autólogas, generalmente se realiza mediante dos enfoques principales: el cultivo basado en esferoides (agregados celulares) o el uso de microportadores (MC).

1. Cultivo Basado en Esferoides de Células Madre Mesenquimales

El método de esferoides permite que las células estén en contacto directo, facilitando la interacción célula-célula.

• Ventajas:

  • Evita la necesidad de material de soporte exógeno (como andamios o MCs).
  • Las células se comportan de forma similar al tejido nativo, produciendo su propia matriz extracelular (MEC), lo que les permite sobrevivir en suspensión.
  • Estas estructuras 3D pueden llevar a una mayor secreción de factores de crecimiento y antiinflamatorios.

• Desventajas y Limitaciones:

  • Es más común para el estudio de estructuras 3D complejas o la diferenciación celular en ingeniería de tejidos, que para la expansión masiva.
  • La densidad celular máxima está limitada por el tamaño y número de esferoides.
  • Los esferoides grandes (mayores de 200-300 m) son susceptibles a limitaciones de difusión de oxígeno y nutrientes, lo que puede inducir la apoptosis o la diferenciación espontánea en su núcleo.
  • Requiere la suplementación de moléculas de adhesión (como integrinas o E-cadherina) en el medio para una agregación celular exitosa.

2. Expansión en Microportadores (MC)

El uso de microportadores es una alternativa más ventajosa para la expansión masiva de hMSC, especialmente para terapias alogénicas.

• Características de los MCs:

  • Son típicamente esféricos y vienen en una variedad de tamaños (90–380 m).
  • Varían en el material del núcleo (poliestireno, celulosa, dextrano, gelatina, etc.) y en el recubrimiento superficial (colágeno, laminina, fibronectina).
  • El material y el recubrimiento son cruciales ya que afectan la adhesión celular, el crecimiento y la velocidad de agitación necesaria para mantenerlos en suspensión.

• Investigaciones Clave:

  • Estudios han demostrado que las hMSC derivadas de médula ósea crecen mejor en MCs recubiertos con colágeno y proteínas recombinantes que contienen la secuencia RGD (arginina-glicina-aspartato), la cual promueve la adhesión y el crecimiento celular.
  • Se recomienda una densidad de inoculación de 3 a 5 células por MC para optimizar la ocupación de la superficie.
  • Una distribución desigual de células en los MCs puede llevar a su agregación, lo que reduce la eficiencia del proceso de expansión.

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Escala de Producción para Terapias Alogénicas

Las terapias alogénicas requieren grandes cantidades de células para tratar a múltiples pacientes, lo que exige el uso de biorreactores a escala piloto o de producción (no solo de laboratorio).

• Preferencias a Gran Escala:

  • Debido a sus limitaciones y falta de reproducibilidad, el cultivo basado en esferoides pierde importancia a esta escala.
  • La mayor reproducibilidad del cultivo en MCs lo convierte en el método preferido para la producción de hMSC a escala industrial.

• Densidades Celulares y Medios de Cultivo:

  • Estudios han logrado densidades celulares máximas de hasta células/mL en biorreactores agitados a escala piloto (como Biostat STR® 50 L o Mobius® CellReady 50 L), utilizando medios suplementados con lisado plaquetario humano (10%) y suero fetal bovino (5% FBS).
  • Aunque las densidades alcanzadas con medios libres de suero y xenobióticos son históricamente más bajas, la reciente aparición de una amplia variedad de nuevos medios sin suero está abriendo el camino para lograr densidades de hMSC aún mayores a escala de producción en el futuro.

La elección de un sistema de biorreactor agitado de un solo uso y la estrategia de expansión (esferoides o MCs) son pasos críticos para el éxito de la producción de hMSC, siendo el uso de microportadores la opción más viable para la producción a gran escala requerida por las terapias alogénicas.

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