Modulation of the peripheral microenvironment by mesenchymal stem cells and conditioned medium in experimental lung fibrosis

Introdução: A fibrose pulmonar idiopática (FPI) é definida como um tipo de doença fibrosante intersticial crônica de etiologia desconhecida limitada aos pulmões e que apresenta padrão histológico de pneumonia intersticial usual. A prevalência de FPI é estimada em, aproximadamente, 20/100.000 em homens e em 13/100.000 em mulheres, sendo que a idade média do diagnóstico é 67 anos e a sobrevivência média é 2 a 5 anos. Estima-se que 5 milhões de pessoas sejam afetadas em todo o mundo. O tratamento clínico atual está associado com melhora parcial e transitória, com resultados duvidosos ou insatisfatórios. Na abordagem cirúrgica da FPI, tem destaque o transplante pulmonar, cuja realização é rara, devido à escassez de doadores e à limitação das equipes capazes de realizar tais procedimentos. A terapia celular é uma alternativa terapêutica com grande potencial de aplicabilidade na fibrose pulmonar. Objetivos: Utilizar um modelo de fibrose pulmonar induzida pela bleomicina em ratos para investigar os efeitos da terapia com células-tronco mesenquimais (CTM) e o meio condicionado no remodelamento pulmonar com objetivo de elucidar o mecanismo de ação das CTM e meio condicionado, na reversão da fibrose pulmonar. Para tanto, buscamos: 1) padronizar a cultura de células-tronco mesenquimais e meio de cultura; 2) caracterizar o modelo experimental de fibrose pulmonar induzida pela bleomicina por microscopia óptica antes e após o tratamento com CTM e meio de cultura; 3) avaliar a expressão de biomarcadores sorológicos (Fibrinogênio, Fator von Willebrand e PDGF); 4) quantificar a expressão de proteínas relacionadas ao estresse oxidativo (NOS), citocinas pró-inflamatórias e pró-fibróticas (IL-17 e TGF-beta) e pró-angiogênicas (VEGF e endotelina) por imuno-histoquímica; e 5) quantificar a deposição de fibras do colágeno I e V por imunofluorescência. Materiais e Métodos: Utilizou-se um total de 44 ratos Wistar machos albinos com peso médio de 250-300g e 8 semanas de idade. Quatro grupos experimentais foram compostos de 10 animais, que participaram do experimento divididos em três momentos: D0, D10 e eutanásia (D14 ou D21). Em D0, foi realizada a instilação orotraqueal de bleomicina na dose de 1,5 U/kg; em D10, foi realizada a infusão em veia caudal de células-tronco mesenquimais na dose de 106 CTM/Kg ou 200 ?l de meio condicionado. Para o preparo das CTM, foi obtido, em média, 1,2 g de tecido adiposo, procedida a dissociação com colagenase tipo I, sendo que a contagem média de células foi de 3,05 x 106 células linfomononucleares/g de tecido adiposo. Estas células foram cultivadas durante 21 dias em meio Knockout DMEM-F12 suplementado com 10% de soro fetal bovino. Os seguintes três critérios foram utilizados para comprovar o perfil das células-tronco mesenquimais: aderência plástica, expressão de CD90 por citometria de fluxo ( > 90%) e capacidade de diferenciação em três linhagens mesodérmicas. Em D10, um pool destas células alogênicas foi infundido intravenosamente, na veia caudal, a uma concentração de 1 x 106 células/ animal num volume de 200 ul de solução salina. Em D14 ou D21, os animais foram eutanasiados e analisados quanto ao peso e conforme análises microscópico-laboratoriais. As análises histológicas foram realizadas por dois especialistas diferentes em estudo duplo-cego. Os parâmetros de ganho de peso e recuperação microscópica do tecido pulmonar foram analisados em cada grupo. Resultados: Nossos dados mostram que as células-tronco mesenquimais oriundas do tecido adiposo abdominal de ratos Wistar tiveram seu perfil fenotípico, capacidade de adesão plástica e diferenciação em 3 linhagens mesodérmicas estabelecidas inequivocamente, conforme estabelecido internacionalmente pela ISSCR. As células-tronco mesenquimais e o meio condicionado induziram: a recuperação clínica após tratamento; a reversão da inflamação e de fibrose pulmonar induzida pela bleomicina; a reversão da arteriopatia no parênquima pulmonar distal; a redução das concentrações de fibrinogênio, fator von Willebrand e PDGF (marcadores sorológicos); a diminuição da expressão de enzimas oxidantes; a diminuição da expressão de endotelina e a modulação da expressão da proteína de remodelamento (IL-17), da ativação dos fibroblastos TGF-B e da síntese de colágeno. Conclusão: Neste estudo, comprovamos que as terapias com células-tronco mesenquimais derivadas do tecido adiposo e com o meio condicionado foram eficazes na modulação dos processos inflamatórios e fibrogênicos no modelo induzido por bleomicina, agindo na ativação miofibroblástica, e, também, na restauração tecidual e endotelial. Além disso, o meio condicionado se mostrou tão eficiente quanto as células-tronco propriamente ditas, no efetivo remodelamento pulmonar, devendo ser considerado como uma proposta terapêutica viável e inovadoraIntroduction: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is defined as a type of chronic interstitial fibrosing disease of unknown etiology limited to the lungs and presenting a histological pattern of usual interstitial pneumonia. The prevalence of IPF is estimated at approximately 20/100,000 in men and 13/100,000 in women, with the mean age of diagnosis being 67 years and the average survival is 2 to 5 years. It is estimated that 5 million people are affected worldwide. The current clinical treatment is associated with partial and transient improvement, with dubious or unsatisfactory results. In the surgical approach to IPF, pulmonary transplantation is a prominent feature, which is rare because of the scarcity of donors and the limitation of the teams capable of performing such procedures. Cell therapy is a therapeutic alternative with great potential for applicability in pulmonary fibrosis. Objectives: To use a model of bleomycin-induced lung fibrosis in rats to investigate the effects of mesenchymal stem cell (MSC) therapy and conditioned medium on lung remodeling in order to elucidate the mechanism of action of MSC and conditioned medium, in the reversion of pulmonary fibrosis. To do so, we aim to: 1) standardize the culture of mesenchymal stem cells and conditioned medium; 2) characterize the experimental model of lung fibrosis induced by bleomycin by optical microscopy before and after treatment with MSC and conditioned medium; 3) to evaluate the expression of serological biomarkers (Fibrinogen, Factor von Willebrand and PDGF); 4) to quantify the expression of proteins related to oxidative stress (NOS), pro-inflammatory and pro-fibrotic (IL-17 and TGF-beta) and pro-angiogenic cytokines (VEGF and endothelin) by immunohistochemistry; and 5) to quantify the deposition of collagen I and V fibers by immunofluorescence. Materials and methods: A total of 44 male albino Wistar rats weighing 250-300g and 8 weeks of age were used. Four experimental groups were composed of 10 animals, which participated in the experiment divided in three moments: D0, D10 and euthanasia (D14 or D21). In D0, orotracheal instillation of bleomycin at the dose of 1.5 U/ kg was performed; in D10 caudal vein infusion of mesenchymal stem cells at the dose of 106 MSC/ kg or 200 ul of conditioned medium was performed. To prepare the MSC, a mean of 1.2 g of adipose tissue was obtained, dissociated with type I collagenase and the mean cell count was 3.05 x 106 lymphomonuclear cells / g of adipose tissue. These cells were cultured for 21 days in DMEM-F12 Knockout medium supplemented with 10% fetal bovine serum. The following three criteria were used to prove the profile of mesenchymal stem cells: plastic adherence, expression of CD90 by flow cytometry ( > 90%) and differentiation capacity in three mesodermal lines. In D10, a pool of these allogeneic cells was infused intravenously into the caudal vein at a concentration of 1 x 106 cells / animal in a volume of 200 ul of saline. In D14 or D21 the animals were euthanized and analyzed for weight and microscopic-laboratory analyzes. Histological analyzes were performed by two different specialists in a double-blind study. The parameters of weight gain and microscopic recovery of lung tissue were analyzed in each group. Results: Our data show that the mesenchymal stem cells derived from the abdominal adipose tissue of Wistar rats had their phenotypic profile, plastic adhesion capacity and differentiation in 3 mesodermal lines established unequivocally, as established internationally by ISSCR. Mesenchymal stem cells and conditioned medium induced: clinical recovery after treatment; bleomycin-induced reversal of inflammation and pulmonary fibrosis; the reversal of arteriopathy in the distal pulmonary parenchyma; the reduction of fibrinogen, von Willebrand factor and PDGF concentrations (serologic markers); decreased expression of oxidizing enzymes; the reduction of endothelin expression and the modulation of the expression of the remodeling protein (IL-17), the activation of TGF-B fibroblasts and the synthesis of collagen. Conclusion: In this study we demonstrated that therapies with mesenchymal stem cells derived from adipose tissue and conditioned medium were effective in the modulation of inflammatory and fibrogenic processes in the bleomycin-induced model, acting to modulate myofibroblastic activation and also in tissue restoration and endothelial cells. In addition, the conditioned medium proved to be as efficient as the stem cells themselves, in effective pulmonary remodeling, and should be considered as a viable and innovative therapeutic proposa