Derivación y análisis de líneas de células madre pluripotentes con trastornos hereditarios mediados por TGF-b a partir de embriones de FIV donados y fibroblastos de piel adulta reprogramados
Durante el año pasado, utilizamos los fondos de esta subvención para derivar una nueva línea de células madre embrionarias con una mutación heredada que provoca una enfermedad cardiovascular y ósea grave llamada síndrome de Marfan que afecta a más de 7,500 californianos. Además, utilizando líneas celulares de piel adulta con la misma enfermedad hereditaria, hemos logrado avances significativos en la obtención de células iPS con síndrome de Marfan. Durante el próximo año también esperamos ampliar nuestros estudios reclutando pacientes con una enfermedad muy similar al síndrome de Marfan llamada síndrome de Loeys-Dietz, para que donen biopsias de piel para que podamos producir células iPS para estudiar esa enfermedad también. Utilizando estas nuevas líneas de células madre, estamos probando si las iPS y las células madre embrionarias son realmente funcionalmente iguales, comparándolas después de convertirlas en células cardiovasculares y óseas. Uno de los mayores desafíos en la biología de las células madre es descubrir cómo hacer que las células madre se conviertan en células adultas que queremos estudiar y no en otras células adultas aleatorias. Durante el año pasado, hemos logrado grandes avances para convertir nuestras células madre en los tipos de células más gravemente afectados en las personas con síndrome de Marfan, es decir, células óseas y cardiovasculares. Lo que es más emocionante para nosotros es que incluso con estos estudios preliminares, parece que podríamos estar viendo diferencias entre las células madre con síndrome de Marfan y las células madre normales después de que se las induce a convertirse en células óseas y cardiovasculares. Sin embargo, estos resultados son todavía muy preliminares y debemos tener mucho cuidado durante el próximo año para repetir rigurosamente nuestros experimentos antes de que podamos estar seguros de esos resultados. Si podemos reproducir las diferencias, estas diferencias pueden ser la base para la búsqueda de nuevos medicamentos para tratar a las personas con síndrome de Marfan o conducir a una mejor comprensión de cuál es exactamente la secuencia de eventos celulares que conduce a los síntomas del paciente. Es más, al estudiar cómo producir eficientemente células óseas y cardiovasculares a partir de células madre embrionarias humanas y células iPS en la placa, esperamos proporcionar datos importantes que podrían ser beneficiosos en una amplia variedad de aplicaciones, como la ingeniería de tejidos o terapias de reemplazo celular utilizando huesos o vasos sanguíneos.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
El síndrome de Marfan (MFS) es un trastorno genético que afecta a más de 7,500 californianos. Los pacientes desarrollan complicaciones graves que afectan a varias partes del cuerpo (ojos, extremidades, aorta). Durante los últimos dos años, hemos utilizado los fondos de esta subvención para desarrollar nuevas líneas celulares destinadas a estudiar MFS en placa. Estas líneas celulares se denominan células madre pluripotentes y se generaron a partir de: (i) un embrión que fue donado para investigación y que se sabía que había heredado la enfermedad MFS (estas líneas celulares se denominan células madre embrionarias humanas (hESC)); y (ii) de biopsias de piel de pacientes adultos (estas líneas celulares se denominan células madre pluripotentes inducidas (iPSC)). Estas líneas de células madre nos permiten estudiar MFS diferenciando las células en células adultas (principalmente células óseas y cardiovasculares) y no en otras células adultas aleatorias. Usando estas nuevas líneas de células madre, podemos probar si las hESC y las iPSC son funcionalmente iguales, comparándolas después de convertirlas en células cardiovasculares y óseas. Hemos observado que cuando las células forman células óseas o musculares, las células madre con MFS son diferentes y no se comportan igual que las elaboradas con células madre normales. También comenzamos a utilizar reactivos que pueden obligar a las células MFS a parecerse y comportarse como células óseas normales. A esto se le llama “rescatar el fenotipo de la enfermedad”. Por primera vez, estamos cerca de describir una tecnología basada en células madre no sólo para comprender los mecanismos del MFS sino también para desarrollar una detección de nuevos medicamentos para tratar a las personas con MFS. Sin embargo, todavía necesitamos confirmar nuestros resultados repitiendo los experimentos. Nuestros resultados son muy prometedores para comprender los problemas óseos en MFS, pero también se requieren esfuerzos continuos para comprender el problema cardiovascular. Es importante señalar que el riesgo para la salud más importante asociado a la enfermedad es un aneurisma aórtico que, si no se trata, provoca la muerte alrededor de los 35 años. En conclusión, continuamos generando datos que proporcionarán la base para mejorar nuestro conocimiento de la enfermedad y también nos ayudarán potencialmente a desarrollar nuevas terapias para mejorar la vida de los pacientes con MFS.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
El campo de la medicina regenerativa gira en torno a la capacidad de un subconjunto de células, llamadas células madre, de convertirse en tejidos maduros del cuerpo humano adulto. Mediante el estudio de las células madre, esperamos desarrollar métodos para tratar una amplia variedad de enfermedades. Por ejemplo, esperamos desarrollar métodos para hacer que las células madre se conviertan en células cardiovasculares en el laboratorio, que luego podrían usarse para detectar rápidamente una gran cantidad de medicamentos que pueden usarse para tratar enfermedades cardiovasculares. También estamos intentando crear tejido esquelético a partir de células madre para poder ayudar a tratar a personas con lesiones esqueléticas catastróficas, como los soldados heridos. Hasta hace poco, el tipo de célula madre más flexible conocido era la célula madre embrionaria. Las células madre embrionarias son pluripotentes, lo que significa que pueden dar origen a todo tipo de células del cuerpo. Por el contrario, las células madre que se encuentran en el adulto se consideran sólo multipotentes, ya que sólo pueden convertirse en un número limitado de células maduras. Los avances de los últimos cinco años han indicado que es posible "reprogramar" células cutáneas adultas y hacerlas pluripotentes, como las células madre de un embrión. Estos nuevos tipos de células se denominan "células pluripotentes inducidas" o células iPS. Esto ha generado un gran entusiasmo dentro de la comunidad científica porque plantea la posibilidad de que podamos utilizar esta tecnología para crear rápidamente células madre pluripotentes a partir de una gran cantidad de enfermedades humanas utilizando tejidos fáciles de obtener, como piel y grasa, de individuos afectados. Nuestro laboratorio está en una posición única para probar esta hipótesis. Hemos derivado varias líneas de células madre embrionarias normales y células iPS de piel normal. Además, hemos derivado una nueva línea de células madre embrionarias y hemos inducido células madre pluripotentes a partir de fibroblastos que albergan una mutación heredada que provoca una enfermedad cardiovascular y ósea grave que afecta a más de 7,500 californianos, llamada síndrome de Marfan. Hemos creado líneas de células madre, tanto embrionarias como pluripotentes inducidas a partir de células que padecen esta enfermedad. Hemos comparado estas células con células madre pluripotentes inducidas y embrionarias normales para examinar exactamente qué hace que estas células enfermas se comporten de manera que tengan una formación ósea deteriorada. Además, hemos completado la diferenciación, almacenamiento y caracterización completa de células vasculares derivadas de células madre embrionarias del síndrome de Marfan y de células madre pluripotentes inducidas por el síndrome de Marfan. Hemos visto que las células con síndrome de Marfan tienen una vía de señalización particular que tiene una desregulación funcional en comparación con las células normales y sanas. Hemos podido explorar cómo el proceso de esta enfermedad manipula esta vía para causar esta enfermedad específica. A través de este tipo de modelado, podemos usar estas células para detectar tratamientos y modelar la enfermedad de manera de manipular las vías específicas que esta enfermedad afecta para, con suerte, brindar tratamientos clínicos a los pacientes que la padecen.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Derivación y análisis de líneas de células madre pluripotentes con trastornos hereditarios mediados por TGF-b a partir de embriones de FIV donados y fibroblastos de piel adulta reprogramados
Resumen público:
El campo de la medicina regenerativa gira en torno a la capacidad de un subconjunto de células, llamadas células madre, de convertirse en tejidos maduros del cuerpo humano adulto. Al estudiar las células madre, esperamos desarrollar métodos y reactivos para tratar enfermedades. Por ejemplo, esperamos desarrollar métodos para hacer que las células madre se conviertan en células cardiovasculares en el laboratorio que luego podrían usarse para detectar rápidamente una gran cantidad de medicamentos que pueden usarse para tratar enfermedades cardiovasculares. En otro ejemplo, si somos capaces de crear hueso en el laboratorio a partir de células madre, podríamos ayudar a tratar a personas con lesiones esqueléticas catastróficas, como soldados heridos. Hasta hace poco, el tipo de célula madre más flexible conocido era la célula madre embrionaria. Las células madre embrionarias son pluripotentes, lo que significa que pueden dar lugar a todos los tejidos adultos. Por el contrario, las células madre que se encuentran en el adulto se consideran sólo multipotentes, ya que sólo pueden convertirse en un número limitado de células maduras. Por ejemplo, las células madre de la médula ósea pueden dar lugar a todos los componentes de la sangre, pero no pueden producir los nervios de la médula espinal. Los avances de los últimos meses han indicado que es posible "reprogramar" células cutáneas adultas y hacerlas pluripotentes, como las células madre de un embrión. Este nuevo tipo de células se denominan "células pluripotentes inducidas" o, para abreviar, células iPS. Esto ha generado un gran entusiasmo dentro de la comunidad científica porque plantea la posibilidad de que podamos utilizar esta tecnología para crear rápidamente células madre pluripotentes a partir de una gran cantidad de enfermedades humanas utilizando piel de individuos afectados. Sin embargo, aún está por verse si las nuevas células iPS obtenidas a partir de células de la piel y células madre embrionarias son funcionalmente iguales en todas las aplicaciones. Nuestro laboratorio está en una posición única para probar esta hipótesis. Hemos obtenido varias líneas de células madre embrionarias normales y estamos en el proceso de obtener células iPS de piel normal. Además, tenemos la suerte de haber comenzado a derivar una nueva línea de células madre embrionarias que alberga una mutación heredada que provoca enfermedades cardiovasculares y óseas graves que afectan a más de 7,500 californianos. Es más, uno de nuestros colaboradores ha reunido durante los últimos diez años un banco de células de más de 50 líneas celulares de piel adulta únicas con la misma enfermedad hereditaria. Por lo tanto, para nuestra propuesta, crearemos nuevas líneas de células madre embrionarias y iPS normales y específicas para enfermedades. Usaremos estas nuevas líneas de células madre para probar si las iPS y las células madre embrionarias son realmente funcionalmente iguales, comparándolas después de convertirlas en células cardiovasculares y óseas. Este trabajo nos permitirá avanzar en el campo de la medicina regenerativa en dos frentes. 1. Realizaremos una comparación importante de iPS y líneas de células madre embrionarias. 2. Compararemos las células específicas de la enfermedad con las células normales, lo que nos ayudará a comprender mejor las enfermedades cardiovasculares y óseas y allanará el camino para el desarrollo de nuevas terapias.
Declaración de beneficio para California:
Nuestra propuesta compara células madre pluripotentes normales y específicas de enfermedades derivadas de fuentes de piel embrionarias y adultas. Esta propuesta beneficiará al estado de California y a sus ciudadanos de varias maneras específicas. En primer lugar, la enfermedad hereditaria específica que estamos estudiando afecta aproximadamente a una de cada 5,000 personas en todo el mundo. Eso se traduce en más de 7,500 californianos y más de 60,000 hombres, mujeres y niños de todas las razas y grupos étnicos en los Estados Unidos. Al examinar las características de las líneas específicas de la enfermedad, esperamos comprender mejor los mecanismos de la enfermedad y crear ensayos para detectar nuevos medicamentos que puedan usarse para tratar a las personas con la enfermedad. En segundo lugar, esta enfermedad pertenece a una amplia clase de enfermedades cardiovasculares, denominada enfermedad de la aorta torácica. Se estima que cada año 3,700 californianos reciben tratamiento por enfermedad de la aorta torácica. Nuestros hallazgos pueden proporcionar información sobre los mecanismos subyacentes a estas enfermedades y otras enfermedades cardiovasculares. En tercer lugar, esta enfermedad también provoca defectos esqueléticos. Al estudiar los mecanismos de los defectos esqueléticos, comprenderemos mejor los mecanismos del desarrollo óseo, lo que conducirá a mejores aplicaciones de terapias con células madre para personas con lesiones y enfermedades óseas. Finalmente, al proporcionar comparaciones detalladas entre iPS y células madre embrionarias, nuestro trabajo tendrá ramificaciones importantes para la dirección futura de todo el campo de la investigación de células madre y la medicina regenerativa.
