Caracterização da célula-tronco mesenquimal expandida in vitro em condições de hipóxia e normóxia

Abstract

Introdução: As células-tronco mesenquimais (CTMs) são consideradas células estromais multipotentes não hematopoiéticas com propriedades de autorrenovação e de diferenciação. Condições ótimas para cultura das CTMs tem sido alvo de investigação. A tensão de oxigênio utilizada no cultivo vem sendo estudada e parece exercer um papel importante no comportamento biológico de células mesenquimais. Objetivos: Caracterizar as CTMs em condições de hipóxia e normóxia comparando suas características morfológicas e funcionais. Métodos: Foram cultivadas células-tronco mesenquimais obtidas de 15 doadores saudáveis de medula óssea. As CTMs obtidas de cada doador foram separadas em duas condições de cultivo, normóxia (21% de O2) e hipóxia (três doadores em 1%, três doadores em 2%, cinco doadores em 3% e quatro doadores em 4% de O2) até segunda passagem. As CTM foram avaliadas quanto à proliferação, diferenciação, imunofenotipagem, tamanho e complexidade celular, estresse oxidativo, atividade mitocondrial e autofagia. Resultados: As condições de cultivo empregadas não pareceram afetar as características imunofenotípicas e plasticidade celular, no entanto as células submetidas à hipóxia apresentaram menor tamanho e maior complexidade celular, além de menor proliferação (p<0.002). Além disso, as células cultivadas em baixas tensões de O2 apresentaram menor atividade mitocondrial (p<0.03) e uma menor tendência à autofagia embora o stress oxidativo não tenha diferido entre os grupos (p< 0.39). Conclusão: A tensão de oxigênio parece ser um regulador chave na adaptação celular in vitro e efeitos metabólicos subjacentes a esta variável continuam a ser descritos. A heterogeneidade ou até mesmo escassez de resultados acerca do impacto da concentração de oxigênio utilizada na expansão de CTM sublinha a necessidade de novos estudos, a fim de aperfeiçoar as condições de cultivo e expansão e obter maior segurança e eficácia terapêutica.

Introduction: Mesenchymal stem cells (MSC) are considered multipotent stromal, nonhematopoietic cells with properties of self-renovation and differentiation. Optimal conditions for culture of MSC have been under investigation. The oxygen tension used for cultivation has been studied and appears to play an important role in biological behavior of mesenchymal stem cells. Objectives: Characterize MSC in hypoxia and normoxia conditions comparing their morphological and functional characteristics. Methods: bone marrow-derived mesenchymal stem cells obtained from 15 healthy donors and cultured. MSC obtained from each donor were separated into two cultivation conditions normoxia (21 % O2) and hypoxia (three donors at 1 %, three donors at 2 %, five donors at 3 %, and four donors at 4 % O2) up to passage two. MSC were evaluated for proliferation, differentiation, immunophenotyping, size and cell complexity, oxidative stress, mitochondrial activity, and autophagy. Results: Culture conditions applied didn't seem to affect immunophenotypic features and cellular plasticity. However, cells subjected to hypoxia showed smaller size and greater cellular complexity, besides lower proliferation (p<0.002). Furthermore, cells cultured in low O2 tension had lower mitochondrial activity (p<0.03) and a reduced tendency to autophagy, although oxidative stress didn't vary among groups (p< 0.39). Conclusion: Oxygen tension seems to be a key regulator of cellular adaptation in vitro, and metabolic effects underlying this variable remain undescribed. Heterogeneity or even lack of results on the impact of oxygen concentration used for expanding MSC highlights the need for further research, in order to optimize conditions of cultivation and expansion and achieve greater safety and therapeutic efficacy.