Teràpia cel·lular avançada basada en l’expansió de progenitors hematopoètics de sang de cordó umbilical

Abstract

Tot i les avantatges que presenta la sang de cordó umbilical (SCU) respecte el moll d’os i la sang perifèrica mobilitzada (SPM) com a font de cèl·lules mare hematopoètiques (CMH), la seva utilització pel tractament de l’aplàsia mieloide queda limitada degut al retard que pateixen els pacients a recuperar els nivells normals de neutròfils i plaquetes en sang. S’especula que aquest fet es deu bàsicament a dos factors: la reduïda dosi de CMH disponible per unitat i a l’estat d’immaduresa de les seves cèl·lules. Tenint en compte aquesta conjuntura, l’objectiu d’aquest treball es centra en el desenvolupament d’un producte de teràpia cel·lular avançada a partir de l’expansió i diferenciació selectiva dels progenitors hematopoètics de la sang de cordó umbilical per tal de superar els inconvenients que en limiten la seva utilització i aprofitar així les múltiples avantatges que presenta com a font cel·lular. En primer lloc s’ha estudiat la cinètica de creixement in vitro dels progenitors hematopoètics aïllats de la SCU amb l’objectiu d’aproximar una estratègia de cultiu que en permeti la seva expansió. Una vegada definida l’estratègia d’expansió, s’ha procedit a la caracterització del producte resultant. Per una banda, s’ha realitzat una caracterització funcional in vitro per tal d’aproximar el mecanisme d’acció de les diferents poblacions cel·lulars generades. Per altra banda, s’han dut a terme els estudis preclínics consistents en la determinació de l’eficàcia i seguretat del producte cel·lular en un model animal. La caracterització funcional in vitro ha posat de manifest que el producte cel·lular resultant del procés d’expansió no tan sols està format per CMH (cèl·lules CD34+), sinó que està compost per progenitors neutròfils en diferent grau de maduració amb activitat fagocítica. A més, també s’ha determinat la presència de cèl·lules mieloides supressores (MDSC) tant de llinatge granulocític com monocític. El estudis de limfoproliferació duts a terme han permès concloure que aquestes cèl·lules presenten la seva activitat immunosupressora característica. A continuació s’han realitzat els estudis preclínics a partir del trasplantament d’igual dosis de CMH en el model murí NOD-scid IL2rynull. Aquests estudis han consistit en determinar la capacitat d’empelt i repoblació de les CMH obtingudes al llarg del cultiu, en comparació amb CMH aïllades de SCU sense expandir. Els resultats obtinguts han permès concloure que sota les condicions de cultiu fixades, s’afavoreix l’expansió dels progenitors hematopoètics amb activitat repobladora a curt termini, mentre que es genera un empobriment de les cèl·lules amb activitat repobladora a llarg termini, resultat positiu tenint en compte que el producte de teràpia cel·lular està orientat a la reducció dels períodes d’aplàsia. Addicionalment s’ha pogut concloure que el producte de teràpia cel·lular no té efectes potencialment tòxics, evidenciant, per tant, la seva seguretat. Finalment, s’ha escalat el procés productiu, assolint uns factors d’expansió que permeten obtenir dosis d’1x106 CD34+/kg de pacient. En les proves pilot realitzades s’ha obtingut una dosi màxima de 92x106 CD34+. A més, aquest escalat s’ha dut a terme de forma paral·lela a la definició de la totalitat del bioprocés sota els estàndards de seguretat fixats per la normativa GMP (Good Manufacturing Practices).

Despite the advantages of umbilical cord blood (UCB) as a source of hematopoietic stem cells (HSC) compared to bone marrow or mobilized peripheral blood, its use for the treatment of aplastic anemia is limited due to the fact that patients undergo a delay in reaching normal levels of neutrophils and platelets. It has been suggested that this problem is due to two main reasons: a reduced amount of available HSC per unit and their immaturity. Given this situation, the aim of this work was to develop an advanced cell therapy product based on the expansion and selective differentiation of hematopoietic progenitor cells from UCB, in order to overcome the disadvantages that limit its use as a stem cell source. First we studied the in vitro growth kinetics of HSC from UCB in order to establish a cell culture strategy for its expansion. After that, the resulting cell product was characterized in vitro and in vivo in order to establish the functional profile and to determine its safety and efficacy in an animal model, respectively. The in vitro functional characterization revealed that the cell product obtained from the expansion culture contained not only HSC (CD34+ cells) but also neutrophil progenitors at different maturation stages with phagocytic activity. Moreover, it was found the presence of myeloid-derived suppressor cells (MDSC) from both granulocytic and monocytic lineages. Lymphocyte proliferation assays revealed that these cells displayed the expected immunosuppressive activity, which is characteristic of this cell type. Preclinical studies consisting in transplantation of equal doses into the murine model NOD-scid IL2rynull were performed. In these experiments, the engraftment and repopulation activity of the expanded product were compared to HSC isolated from UCB. Our results indicated that under the culture conditions developed in this PhD project, short-term repopulating progenitors were expanded, and long-term repopulating progenitors were depleted. These results are positive when considering that the advanced cell therapy product is designed to reduce aplastic periods. Moreover, the safety of this product was confirmed by the absence of toxic effects. Finally, the culture strategy was scaled up, reaching the expansion factor needed to produce clinical doses (1x106 CD34+/kg patient). The maximum dose obtained during a pilot test was 92x106 CD34+. On this, it is worth mentioning that the scaling process was carried out in parallel with the definition of the bioprocess under the standards established by the GMP (Good Manufacturing Practices) regulations.