La terapia celular 1,2 ofrece potencial regenerativo, promoviendo la reparación de tejidos, reduciendo la inflamación y mejorando los resultados en enfermedades crónicas como la leucemia y el linfoma 3,4 (células madre hematopoyéticas), osteoartritis 5,6 (células madre mesenquimales), diabetes tipo 17 (trasplante de células de los islotes), lesiones de la médula espinal 8,9, enfermedades neurodegenerativas10,11,12 (células madre neurales) y fibrosis pulmonar 13,14,15,16 (células progenitoras pulmonares). Estas terapias ofrecen un potencial significativo, aunque aún persisten desafíos como el rechazo inmunológico y la eficacia a largo plazo 17,18. La fibrosis pulmonar (PF) es una enfermedad pulmonar crónica y progresiva caracterizada por una cicatrización excesiva del tejido pulmonar, lo que conduce a un deterioro de la función pulmonar19. La terapia celular para la PF tiene como objetivo regenerar el tejido pulmonar dañado y reducir la fibrosis mediante la introducción de células regenerativas, como las células madre mesenquimales o las células progenitoras pulmonares distales, en los pulmones afectados20. Las células progenitoras pulmonares distales, que incluyen poblaciones como las células basales, las células alveolares de tipo II, las células madre bronquioalveolares y otras células progenitoras multipotentes, tienen la capacidad de promover la reparación de tejidos, reducir la inflamación, regenerar potencialmente el tejido pulmonar dañado y revertir parte del daño pulmonar mientras se restaura la función pulmonar normal21. Varios estudios preclínicos y clínicos en etapas tempranas han demostrado que el trasplante de células progenitoras pulmonares a pulmones fibróticos puede ayudar a regenerar las estructuras alveolares, promover la remodelación de los tejidos y reducir la inflamación 13,22,23. Además, estas células pueden secretar varios factores de crecimiento y citocinas que modulan el entorno fibrótico, promoviendo aún más la reparación. A pesar de los resultados alentadores en la mejora de la función pulmonar, siguen existiendo desafíos para optimizar la administración de células, incluido el aislamiento, la expansión y la integración eficientes de estas células en el tejido pulmonar dañado, lo que garantiza la seguridad a largo plazo y evita efectos secundarios no deseados. Se necesita investigación continua para refinar los protocolos y evaluar la seguridad y eficacia a largo plazo de las terapias con células progenitoras para la fibrosis pulmonar.
El trasplante de células en los pulmones para la fibrosis pulmonar implica varias técnicas, cada una diseñada para mejorar la entrega de células, la supervivencia y la integración en el tejido pulmonar dañado. Los métodos comunes incluyen la inyección intravenosa24,25, la administración endobronquial26,27 y la instilación intratraqueal 28,29,30,31, cada uno con ventajas y desafíos específicos. La administración intravenosa de células madre se ve obstaculizada por la localización pulmonar subóptima, el secuestro en órganos no diana, la viabilidad post-infusión limitada y el riesgo de respuestas inmunogénicas. La administración endobronquial, aunque más localizada, está limitada por la distribución celular heterogénea, la posible oclusión de las vías respiratorias, las respuestas inflamatorias y los desafíos del procedimiento dentro de la arquitectura pulmonar fibrótica. De manera similar, la instilación intratraqueal, a pesar de permitir la deposición pulmonar directa, puede conducir a una dispersión celular inconsistente, penetración pulmonar distal inadecuada, irritación localizada y variabilidad en la uniformidad de la dosis a través de los compartimentos pulmonares. Aunque todas estas técnicas tienen como objetivo mejorar la supervivencia, la integración y la eficacia de las células en la regeneración del tejido pulmonar, la elección de la técnica óptima depende de factores como el tipo de células que se trasplantan, el estadio de la fibrosis y la salud general del paciente.
A pesar de sus desafíos, la instilación intratraqueal sigue siendo uno de los métodos más utilizados para administrar células directamente a los pulmones, especialmente en el contexto de la fibrosis pulmonar. En esta técnica, las células se introducen en el pulmón a través de un catéter insertado en la tráquea32. Luego, las células se depositan en el espacio alveolar, donde potencialmente pueden reparar el tejido pulmonar dañado. Este método es mínimamente invasivo y relativamente fácil de realizar en comparación con otros enfoques de administración como la perfusión pulmonar ex vivo . Dado que las células se depositan directamente en los pulmones, pueden mejorar las posibilidades de integración y reparación efectivas. A diferencia de la inyección intravenosa, la instilación intratraqueal evita la circulación sistémica, lo que reduce el riesgo de que las células queden atrapadas en otros órganos como el hígado o el bazo, lo que lleva a un efecto terapéutico más focalizado en los pulmones. A pesar de estos beneficios, el método aún enfrenta desafíos en términos de distribución y retención celular subóptima, y supervivencia dentro de los pulmones, lo que puede limitar la efectividad terapéutica. La investigación en curso está trabajando para refinar este enfoque y obtener resultados clínicos más efectivos. Los investigadores pueden determinar si la instilación intratraqueal es adecuada para sus aplicaciones evaluando varios factores. Estos incluyen el tipo de células que se administran, su capacidad para sobrevivir e integrarse en el tejido pulmonar y la gravedad del modelo de enfermedad (es decir, fibrosis pulmonar).
La imagen es una herramienta indispensable para el seguimiento de las células, la evaluación de su viabilidad, distribución y efectos, la mejora del seguimiento de la terapia celular y la optimización de las estrategias de tratamiento33. Los investigadores han evaluado la eficiencia del parto a través de imágenes y análisis posteriores al parto para rastrear la distribución y retención de células. Se han utilizado varias técnicas como la fluorescencia, la resonancia magnética (RM), la tomografía computarizada (TC), la tomografía por emisión de positrones (PET), la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y el ultrasonido para rastrear las células madre marcadas para la fibrosis pulmonar. Sin embargo, se enfrentan a limitaciones como la baja penetración a profundidad (fluorescencia), la poca sensibilidad (RM), la exposición a la radiación (TC, PET, SPECT) y la baja resolución (ultrasonido)34. Aunque la optimización del contraste, la resolución y la biocompatibilidad de las imágenes puede ayudar a superar estos desafíos hasta cierto punto, la exploración de nuevas técnicas de imagen también puede resultar esencial para el seguimiento preciso de las células madre en los pulmones. En los últimos años, las imágenes de partículas magnéticas (MPI) se han convertido en una modalidad de imagen prometedora y libre de radiación, que ofrece imágenes cuantitativas de alta sensibilidad, en tiempo real y con alto contraste sin interferencias de fondo.
MPI utiliza nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro (SPIONs) para la visualización directa, y su principio de funcionamiento se basa en la respuesta de magnetización no lineal de estos SPIONs cuando se exponen a un campo magnético variable en el tiempo35,36. Los electroimanes se utilizan para crear una región libre de campo (FFR), donde solo las partículas dentro de esta región exhiben magnetización no lineal y generan una señal cuando son excitadas por un campo magnético oscilante. Por otro lado, la magnetización de las partículas fuera de este FFR está saturada y no participan en la producción de señales. Al mover sistemáticamente el FFR a lo largo del volumen de imágenes, MPI construye mapas espaciales de la distribución de nanopartículas y las imágenes posteriores. El MPI ofrece varias ventajas sobre las modalidades de imagen tradicionales37,38. A diferencia de la resonancia magnética o la tomografía computarizada, la MPI proporciona una señal solo desde el trazador, lo que da como resultado un ruido de fondo cero y un contraste excepcional. Ofrece imágenes en tiempo real con alta resolución temporal, lo que lo hace ideal para el seguimiento de procesos dinámicos como la migración celular o la perfusión. Además, el MPI es altamente sensible, lo que permite la detección de pequeñas cantidades de SPIONs sin radiación ionizante, a diferencia del PET o el CT. Además, también demuestra una excelente cuantificación lineal, lo que permite una evaluación precisa de la concentración de trazadores. En general, MPI combina las fortalezas de sensibilidad, seguridad y cuantificación, lo que lo convierte en una poderosa herramienta para la obtención de imágenes biomédicas. El MPI es prometedor para el seguimiento de células madre en los pulmones, lo que permite un seguimiento preciso de la migración celular, la retención y los efectos terapéuticos. Proporciona un excelente contraste sin interferencia de la señal tisular, lo que permite una localización precisa de las células madre marcadas 39,40,41,42. En las siguientes secciones se describen los protocolos llevados a cabo para estos estudios, demostrando el uso de la instilación intratraqueal para administrar las células marcadas a los pulmones de ratón y la confirmación a través de MPI.