Las partículas de sílice presentan una propiedad piezoeléctrica, lo que significa que bajo cierta presión aplicada, los cristales adquieren polaridad eléctrica. Esto proporciona la capacidad del polvo de sílice de causar citotoxicidad directa. Las partículas reaccionan con las células residentes y provocan la peroxidación lipídica de la membrana en las células broncoalveolares. Las partículas recién fracturadas son las más citotóxicas, ya que pueden generar más radicales libres en medio acuoso que alteran la membrana plasmática y liberan enzimas lisosomales, provocando así daños en los tejidos.

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) y las especies reactivas de nitrógeno (RNS) son sustancias químicas altamente reactivas que se producen a menudo para el sistema de defensa biológica contra agentes nocivos. Sin embargo, la interacción entre los macrófagos alveolares y las partículas de sílice provoca un estallido respiratorio con un elevado consumo de oxígeno, un aumento de los niveles de sintetizador de óxido nítrico inducible (iNOS) y la producción de ROS, que es perjudicial para las células pulmonares . Entre las ROS/RNS, el óxido nítrico tiene un papel crítico en la patogénesis de la silicosis. El óxido nítrico se forma a partir de la conversión del aminoácido L-arginina en L-citrulina en presencia de la iNOS, que luego interactúa con el superóxido y forma peroxinitrito que daña las mitocondrias y el ADN, e inactiva varias proteínas.

El estrés oxidativo activa factores transcripcionales, como el factor nuclear kappa B (NF-κB) y la proteína activadora 1 (AP-1) . La interacción del sílice con los macrófagos y las células epiteliales transloca el NF-κB del citoplasma al núcleo, donde se une al ADN, iniciando la transcripción y traducción de los genes implicados en los procesos inflamatorios y fibrogénicos. La liberación de citocinas, quimiocinas, mediadores lipídicos y factores de crecimiento recluta células polimorfonucleares y mononucleares a los espacios alveolares y alrededor de las partículas de sílice, que contribuyen a la formación de granulomas.

El leucotrieno B4 es un mediador lipídico que los mastocitos producen en respuesta a la estimulación del sílice. El leucotrieno B4 aumenta la cantidad de neutrófilos en el lugar de la inflamación, y también está implicado en la tumorigénesis . Además, la proteína inflamatoria de los macrófagos (MIP) 1 y MIP-2 son quimiocinas que aumentan el número de macrófagos en respuesta a la lesión pulmonar inducida por el sílice . Los macrófagos son las primeras células que interactúan con las partículas de sílice y esta interacción puede activar una serie de señales extracelulares que conducen a la polarización de estas células . Los macrófagos M1 son responsables de las respuestas antimicrobianas e inflamatorias, y las células se polarizan a este fenotipo en presencia de iNOS. Los macrófagos se polarizan hacia el fenotipo M2 en respuesta a la arginasa, y en este caso participan en la resolución de la inflamación y en la reparación de los tejidos.

En los macrófagos alveolares, los receptores scavenger- (SR-) A y MARCO (receptor de macrófagos con estructura colágena) reconocen y fagocitan las partículas para eliminarlas de los alvéolos . Sin embargo, el knockout de MARCO aumenta la inflamación tras la exposición al sílice en ratones, debido al aumento de la permeabilización de la membrana lisosomal y la activación del inflamasoma . Una vez que el sílice activa el inflamasoma NLRP3 (NOD-like receptor, pyrin domain containing 3), se produce la escisión de la caspasa-1 y la producción de citoquinas, como la interleucina (IL-) 18 y la IL-1β .

Durante la inflamación inducida por el sílice, las células epiteliales y los macrófagos alveolares secretan IL-1α e IL-1β, respectivamente . Ambas citoquinas están implicadas en la activación de los fibroblastos y la deposición de colágeno. La IL-1α y la IL-1β son agonistas, mientras que el antagonista del receptor de la IL-1 (IL-1Ra) se produce de forma natural en respuesta a la inflamación y puede inhibir los efectos de la IL-1 . Además, la IL-1β y el factor de necrosis tumoral- (TNF-) α aumentan la expresión de la IL-6, otro mediador implicado en la progresión de la enfermedad.

El aumento de la expresión del TNF-α durante la silicosis conduce al reclutamiento y proliferación de los fibroblastos . El TNF-α también puede conectarse al receptor de muerte celular e iniciar la cascada de apoptosis. El knockout del ligando Fas (FasL) en ratones y el uso de anticuerpos anti-TNF fueron capaces de prevenir la lesión pulmonar inducida por la sílice.

Una vez que los fibroblastos fueron reclutados en el lugar del daño, el factor de crecimiento transformante (TGF-) β induce la deposición de colágeno , así como el aumento de la producción de elastina . El aumento de la expresión de las metaloproteasas (MMP) 2 y MMP-9 y la inhibición del inhibidor tisular de la metaloproteasa (TIMP) 1 y TIMP-2 provocan una reestructuración del parénquima pulmonar en el curso de la enfermedad. El aumento del daño tisular causado por las partículas de sílice, la degradación de la matriz extracelular por las MMP y la exacerbación de la deposición concéntrica de colágeno son responsables de la formación de granulomas y de la remodelación pulmonar que deteriora la función pulmonar.

El proceso de apoptosis es el resultado de la disfunción mitocondrial y del aumento de la expresión de los receptores de muerte y de sus ligandos, como FasL y TNF . Además del estrés oxidativo, las partículas de sílice provocan la pérdida del potencial de la membrana mitocondrial, a lo que sigue la activación de la caspasa-9 y la caspasa-3 y la fragmentación del ADN . Las células liberan factores quimiotácticos durante la apoptosis que reclutan nuevas células inflamatorias, aumentando la inflamación. Es importante destacar que los macrófagos que sufren apoptosis también liberan partículas de sílice de vuelta al parénquima pulmonar, donde son fagocitadas de nuevo por otros macrófagos, perpetuando el ciclo de daño tisular.

3. Tratamiento de la silicosis: Todavía una necesidad insatisfecha

A pesar de la justa indignación por la persistencia epidemiológica de la silicosis, poco se ha logrado en términos de desarrollo de tratamiento. La investigación hacia una terapia satisfactoria para la silicosis está ocurriendo a un ritmo mucho más lento que para otras enfermedades pulmonares crónicas. Sólo se han realizado dos ensayos clínicos registrados en los últimos 10 años sobre tratamientos para la silicosis, lo que deja un vacío que debe ser llenado especialmente por los países en desarrollo, como Brasil, India y China, en los que la prevalencia de la silicosis facilita la disponibilidad de sujetos para las pruebas clínicas.

El manejo de la silicosis consiste en el uso de broncodilatadores/medicamentos para la tos, la prevención de la exposición a irritantes y una estrecha vigilancia de las infecciones respiratorias. La terapia con corticosteroides puede utilizarse para reducir la bronquitis y mejorar los síntomas como tratamiento a corto plazo, pero no se han demostrado sus efectos positivos a largo plazo; tiene la desventaja de aumentar el riesgo de infecciones . Los compuestos a base de aluminio se han estudiado ampliamente por su capacidad para recubrir las partículas de sílice, reduciendo la reactividad de los cristales y, por tanto, protegiendo el tejido pulmonar. Sin embargo, a pesar de los buenos resultados obtenidos en modelos experimentales, los estudios clínicos no mostraron ninguna eficacia ni efectos sostenidos del tratamiento con aluminio en humanos. También se probó ampliamente el óxido de polivinilo-piridina (PVNO), un polímero capaz de promover efectos citoprotectores en modelos in vivo e in vitro de fibrosis inducida por sílice. El uso profiláctico y terapéutico del PVNO dio resultados positivos en modelos animales, pero tuvo poca eficacia en humanos. El PVNO retrasó la progresión de la fibrosis en pacientes en un pequeño estudio clínico, pero no alteró el resultado tres años después del tratamiento y tuvo un efecto terapéutico limitado en función de factores como la edad y la gravedad de la enfermedad en otro. Otro fármaco que se ha probado para el tratamiento de la silicosis es el alcaloide vegetal tetrandrina. Se ha empleado históricamente para el tratamiento de la neumoconiosis en la medicina china, y su uso terapéutico para la silicosis ha sido aprobado por la Administración Estatal de Medicamentos de China. La tetrandrina, sola o en combinación con otros fármacos, se ha probado en animales y en humanos. Sin embargo, todavía se necesitan ensayos clínicos sólidos con criterios objetivos para demostrar su eficacia clínica.

Debido al papel destacado de la IL-1β en la fisiopatología de la silicosis, dirigirse a esta citoquina podría ser una opción interesante de tratamiento para la silicosis. En modelos experimentales, la inhibición de la IL-1 dio lugar a una reducción de la expresión de TGF-β1, colágeno I y fibronectina en el pulmón y también redujo la fibrosis y la inflamación en los riñones y el corazón . El uso de un antagonista del receptor de la IL-1 también redujo la fibrosis y el tamaño de los nódulos fibróticos en ratones. Un único informe sobre el uso del fármaco anakinra -un antagonista de los receptores de la IL-1- mostró una mejora de los síntomas respiratorios y una mejora notable de las imágenes radiológicas tras seis meses de tratamiento en un hombre de 37 años.

El lavado de todo el pulmón parece tener un impacto positivo en el manejo de la silicosis, mejorando el pronóstico de los pacientes y reduciendo la infiltración pulmonar, aunque no hay pruebas de que este enfoque sea suficiente para prevenir la progresión de la enfermedad.

Se han probado otros enfoques en modelos experimentales: el uso de interferón gamma , ácido ascórbico , beta-aminopropionitrilo , relaxina , oligodeoxinucleótidos supresores , palmitato de metilo , N-acetil-cisteína , Dasatinib y Nintedanib , y el antagonismo/bloqueo de IL-13 e IL-17A , así como el uso del micro ARN miR-486-5p y la terapia génica con un ARN de horquilla corta para silenciar la β-catenina . Todos ellos ejercieron efectos positivos en modelos animales, especialmente reduciendo la fibrosis pulmonar, no se trasladaron a los ensayos clínicos hasta el momento.

Como último recurso, el trasplante de pulmón está indicado a los pacientes sin más opciones farmacológicas. Sin embargo, la supervivencia a largo plazo tras el trasplante tiene un mal pronóstico.

4. Terapia basada en células: Del banco a la cama

El primer trasplante de médula ósea se realizó en 1962, con el fin de utilizar las recién descubiertas células madre hematopoyéticas para restaurar la fisiología adecuada de la médula ósea de un paciente .

En 1981, las células madre embrionarias fueron descritas por Evans y Kaufman como células pluripotentes derivadas de la masa interna de un embrión murino, cambiando el paradigma del potencial de las células madre . Más recientemente, las células madre y las células similares a las células madre se encontraron en casi todos los tejidos adultos . Se empezó a pensar en el trasplante de células como un posible tratamiento para múltiples enfermedades, debido al potencial de las células madre para diferenciarse, sustituyendo las células dañadas en los tejidos objetivo. Además, el trasplante celular ejerció efectos beneficiosos en múltiples modelos de enfermedades independientemente de la localización o diferenciación celular, evidenciando un efecto paracrino/endocrino de las células.

Las terapias basadas en células tienen las ventajas de modular la inflamación y afectar al proceso de remodelación de forma concomitante, sin presentar toxicidad o inmunosupresión. Estas propiedades hacen de la terapia celular un enfoque terapéutico excepcionalmente ventajoso para las enfermedades pulmonares fibróticas, incluida la silicosis. Varios estudios preclínicos han explotado este enfoque para el tratamiento de la silicosis (Tabla 1).

La fuente celular adulta más ampliamente estudiada para la terapia celular es la médula ósea. La médula ósea contiene una multitud de células en diferentes etapas de diferenciación. Entre esas células, las células madre hematopoyéticas son de especial importancia por su capacidad de diferenciarse en células inmunitarias y de modular la proliferación y la actividad de las células inmunitarias. No obstante, en el conjunto de células presentes en la médula ósea las que tienen un papel primordial en el mantenimiento, la promoción del crecimiento y la supervivencia de otras células podrían tener un potencial terapéutico aún mayor. Estas células se denominan células estromales mesenquimales, y más allá de sus propiedades estromales también son multipotentes . Se ha demostrado que tanto el conjunto de células mononucleares presentes en la médula ósea como las células estromales por sí solas provocan una mejora en una amplia gama de enfermedades inflamatorias. Además, la terapia celular ha tenido efectos positivos en modelos de enfermedades pulmonares fibróticas como el asma, la EPOC y la fibrosis pulmonar inducida por bleomicina . Los ensayos clínicos sobre terapia celular para enfermedades pulmonares están avanzando, y se han registrado estudios en Europa, Brasil, Australia, Canadá y Estados Unidos.

En 2009, nuestro grupo publicó el primer trabajo que utilizaba la terapia celular en un modelo murino de silicosis. Lassance et al. utilizaron una infusión local de una población de células mononucleares adherentes (BMDC) y evaluaron los efectos en dos momentos. Los resultados mostraron una reducción del proceso de inflamación a los treinta días del tratamiento, mejorando así la función pulmonar; pero estos efectos beneficiosos parecieron desvanecerse a los sesenta días. En 2013 se publicó un seguimiento de este estudio, en el que se demostró que las dosis múltiples de BMDC evitan la progresión de la enfermedad. Dos infusiones de células de la médula ósea redujeron la inflamación (área fraccional del granuloma y número de macrófagos totales y M1), la remodelación pulmonar (nivel de TGF-β, deposición de colágeno y fibras elásticas) y la apoptosis (nivel de caspasa-3 y número de células apoptóticas). Todos estos efectos se traducen en una mejora de los parámetros de la mecánica pulmonar. Un mayor nivel de IL-1Ra parece tener un papel en los efectos sostenidos de la terapia celular durante más tiempo en el mismo modelo de silicosis.

En 2011, un estudio que utilizó el conjunto de células mononucleares derivadas de la médula ósea (BMMC) en ratones mostró propiedades profilácticas sobre el daño pulmonar inducido por la sílice. La infusión sistémica de BMMC redujo la expresión de ARNm de caspasa-3, IL-1β, IL-1α y TGF-β . Además, el tratamiento terapéutico con BMMC en las últimas fases de la silicosis fue capaz de reducir la fibrosis pulmonar y mejorar la función pulmonar, pero no consiguió revertir la inflamación. La reducción del número de macrófagos se acompañó de una expansión de las células reguladoras T, que mantuvieron la infiltración celular, aunque cambiando a un perfil inflamatorio diferente . Las BMMC ofrecen las ventajas del trasplante autólogo, que minimizan la posibilidad de rechazo y la recolección e infusión en el mismo día, sin necesidad de expansión de cultivo in vitro.

Estos resultados nos animaron a avanzar a un ensayo clínico de fase I para comprobar la seguridad del trasplante autólogo de células mononucleares de médula ósea en pacientes silicoticos. Cinco pacientes fueron sometidos a la instilación de BMMC mediante broncoscopia. No se observaron efectos adversos en estos pacientes hasta un año después del tratamiento. Además, se observó un aumento temprano de la perfusión pulmonar tras el tratamiento.

Las desventajas del uso de células mononucleares de médula ósea son la invasividad del procedimiento -especialmente si se tiene en cuenta que pueden ser necesarias múltiples dosis para obtener efectos sostenidos- y la variabilidad de la constitución de la médula ósea. Las enfermedades inflamatorias crónicas pueden afectar a las proporciones de las poblaciones celulares de la médula ósea, lo que hace que el trasplante autólogo sea posiblemente heterogéneo en diferentes pacientes y estadios de la enfermedad.

Como alternativa a esto, las células mesenquimales podrían constituir una opción interesante para la terapia celular en la silicosis. Zhao y colaboradores demostraron que las células mesenquimales derivadas de la médula ósea (BMSC) promueven la mejora de la fibrosis y la inflamación en un modelo de rata de silicosis, con posibles mecanismos similares a los asociados a la terapia con BMMC: supresión de la señalización de la IL1 a través de la IL1-Ra y disminución de la expresión del TNF-α.

Recientemente se han publicado los resultados de un ensayo clínico en el que se utilizaron células estromales mesenquimales y un cultivo modificado genéticamente de células mesenquimales . En este estudio, la administración de MSC no causó ninguna reacción adversa, y después de seis meses la saturación de oxihemoglobina en la sangre de los pacientes sugiere una mejora del intercambio de gases en los pulmones. En algunos de los pacientes, también se observó una disminución del número de nódulos de sílice.

Otro punto de vista sobre los mecanismos de acción de la terapia con células mesenquimales en la fibrosis pulmonar inducida por sílice ha sido propuesto por Choi et al. en 2014. Los autores sugieren que las vesículas extracelulares liberadas por las BMSC son vectores del efecto terapéutico y podrían ser utilizadas como tratamiento por sí mismas.

Además, la terapia celular con células embrionarias, como enfoque de bioingeniería para la reconstitución del epitelio lesionado ha sido investigada en un modelo de lesión inducida por sílice y fue capaz de prevenir la fibrosis y disminuir la mortalidad.

5. Conclusión

En vista de la falta de intervenciones terapéuticas eficaces para la silicosis, la terapia celular constituye un tratamiento prometedor para la silicosis. Los efectos clave de esta terapia incluyen la disminución de los procesos proinflamatorios y profibróticos deletéreos, la reducción de la apoptosis y la mejora de la reparación tras el daño pulmonar. Estos efectos beneficiosos parecen ser independientes del injerto celular, sino que se deben a la acción paracrina/endocrina (por ejemplo, la secreción de mediadores antiinflamatorios, antifibróticos y vesículas extracelulares). Teniendo en cuenta la amplia gama de opciones de terapia celular, la optimización de los protocolos de terapia celular y los avances en los ensayos clínicos pueden conducir a un importante avance para el manejo de los pacientes afectados por esta enfermedad persistente.

Divulgación

Los financiadores no tienen ningún papel en la decisión de publicar o preparar el artículo.

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Contribución de los autores

Miquéias Lopes-Pacheco y Elga Bandeira han contribuido por igual a este trabajo.

Agradecimientos

El Consejo Brasileño de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), la Coordinación para el Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (CAPES) y la Fundación de Investigación del Estado de Río de Janeiro Carlos Chagas Filho (FAPERJ) apoyaron este trabajo.