Resumen público de: Proyecto de nueva línea celular CIRM - Informe de progreso.
Nuestro equipo de investigación ha estado trabajando durante el último año en el desarrollo de nuevas líneas de células madre humanas que sean específicamente útiles para estudiar enfermedades humanas y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. Las células madre embrionarias humanas (hES) se establecieron por primera vez en 1998 y en la última década se ha demostrado que son capaces de diferenciarse en una amplia gama de tipos de células diferentes. Este pleno potencial de desarrollo se denomina pluripotencia. Hasta hace poco, estos eran el único tipo de célula humana establecido que podía cultivarse de manera robusta en el laboratorio y aún mantener todo su potencial de desarrollo pluripotente. En noviembre de 1997 se creó un nuevo tipo de célula pluripotente humana. Al activar un conjunto de cuatro genes, los investigadores lograron reprogramar células de la piel humana en un tipo de célula que parecía tener propiedades y potencial muy similares a las células hES. Estas nuevas células madre se denominan células madre pluripotentes inducidas (iPS) para mantener el nombre distinto de su contraparte derivada de embriones. Una de las limitaciones científicas de las células hES es la impracticabilidad de generar líneas de células madre específicas de pacientes o enfermedades. Esta oportunidad ahora se vuelve teóricamente práctica con la llegada de la generación de líneas celulares iPS humanas. Aquí informamos sobre avances significativos que demuestran la viabilidad de generar modelos celulares de enfermedades humanas relacionados con enfermedades.
Hemos identificado dos enfermedades neurológicas humanas específicas que tienen un componente genético conocido o fuertemente sugerido, y nos hemos propuesto generar líneas celulares iPS relacionadas con enfermedades. Hemos obtenido muestras de células de la piel de pacientes con estas enfermedades neurológicas y las hemos reprogramado con éxito en células iPS. Estas células madre pluripotentes ligadas a enfermedades se han caracterizado cuidadosamente y hemos demostrado que, de hecho, se comportan de manera muy similar a las células hES existentes y también a las líneas celulares iPS de control genéticamente sanas que hemos generado. Por tanto, el fenotipo de la enfermedad no es perjudicial para la reprogramación o la proliferación como célula madre. Además, hemos logrado convencer a estas células iPS relacionadas con enfermedades para que se conviertan en tipos específicos de neuronas humanas, las mismas células que se sospecha que están involucradas en los trastornos neurológicos. Ahora hemos establecido un modelo viable para estudiar los trastornos neuronales humanos en el laboratorio y ya hemos observado algunas diferencias funcionales potencialmente importantes entre las neuronas generadas por iPS relacionadas con enfermedades y las de control. El próximo año evaluaremos las diferencias entre las neuronas relacionadas con la enfermedad y las de control e investigaremos posibles enfoques terapéuticos para detener o revertir los defectos.
También hemos estado trabajando en el desarrollo de nuevos métodos para generar células iPS que las harán más útiles en entornos clínicos o preclínicos donde es importante que el conjunto original de 4 genes utilizados para reprogramar las células de la piel se elimine una vez que se hayan convertido en iPS. células. Se han logrado avances significativos en este sentido y se completarán el próximo año. De cara al futuro, también aplicaremos este enfoque para generar células iPS relacionadas con enfermedades humanas para trastornos hematológicos (sanguíneos) específicos. La derivación de modelos basados en iPS de trastornos hematológicos nos permitirá desarrollar enfoques de terapia genética para corregir los defectos que causan la enfermedad y establecer una prueba de principio para los enfoques terapéuticos.
Período de información:
Los estudiantes de Year 2
Este proyecto de investigación se centra en el desarrollo de nuevas líneas de células madre humanas que sean específicamente útiles para estudiar enfermedades humanas y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. Las células madre embrionarias humanas (hES) se establecieron por primera vez en 1998 y en la última década se ha demostrado que son capaces de diferenciarse en una amplia gama de tipos de células diferentes. Este pleno potencial de desarrollo se denomina "pluripotencia". Hasta hace poco, estos eran los únicos tipos de células humanas establecidas que podían cultivarse de manera robusta en el laboratorio y aún mantener todo su potencial de desarrollo pluripotente. En noviembre de 1997 se creó un nuevo tipo de célula pluripotente humana. Al activar un conjunto de cuatro genes, los investigadores lograron reprogramar células de la piel humana en un tipo de célula que parecía tener propiedades y potencial muy similares a las células hES. Estas nuevas células madre se denominan células madre pluripotentes inducidas (iPS) para mantener el nombre distinto de su contraparte derivada de embriones. Una de las limitaciones científicas de las células hES es la impracticabilidad de generar líneas de células madre específicas de pacientes o enfermedades. Esta oportunidad ahora se vuelve teóricamente práctica con la llegada de la generación de líneas celulares iPS humanas. Aquí informamos sobre avances significativos que demuestran la viabilidad de generar modelos celulares de enfermedades humanas relacionados con enfermedades.
Hemos identificado dos enfermedades neurológicas humanas específicas que tienen componentes genéticos conocidos, o fuertemente sugeridos, y nos hemos propuesto generar líneas celulares iPS relacionadas con enfermedades. Hemos obtenido muestras de células de la piel de pacientes con estas enfermedades neurológicas y las hemos reprogramado con éxito en células iPS. Estas células madre pluripotentes ligadas a enfermedades se han caracterizado cuidadosamente y hemos demostrado que, de hecho, se comportan de manera muy similar a las células hES existentes y también a las líneas celulares iPS de control genéticamente sanas que hemos generado. Por tanto, el fenotipo de la enfermedad no es perjudicial para la reprogramación o proliferación como célula madre. Además, hemos logrado convencer a estas células iPS relacionadas con enfermedades para que se conviertan en tipos específicos de neuronas humanas, las mismas células que se sospecha que están involucradas en los trastornos neurológicos. Ahora hemos establecido un modelo viable para estudiar los trastornos neuronales humanos en el laboratorio y ya hemos observado algunas diferencias funcionales potencialmente importantes entre las neuronas generadas por iPS relacionadas con enfermedades y las de control. Es importante destacar que hemos encontrado defectos en la función de las neuronas relacionadas con enfermedades que pueden corregirse en parte siguiendo tratamientos farmacológicos específicos. Este descubrimiento demuestra la utilidad potencial de utilizar este método de modelado de enfermedades humanas en el laboratorio como herramienta para comprender las vías detalladas que podrían contribuir al desarrollo del estado de la enfermedad y, lo que es más importante, como objetivo para detectar posibles compuestos terapéuticos que podrían utilizarse para bloquear o retardar el progreso de los trastornos neuronales humanos. El año que viene finalizaremos nuestros esfuerzos en este proyecto.
También hemos logrado desarrollar un método mejorado para la administración de genes de reprogramación a las células del paciente para que se conviertan en células iPS. Este método permite eliminar los genes de reprogramación, mitigando así la posibilidad de una reactivación no deseada y potencialmente perjudicial de estos genes de reprogramación posterior al estado de las células iPS. Hemos comenzado a trabajar utilizando esta nueva metodología de reprogramación para generar líneas celulares iPS que están específicamente relacionadas con enfermedades de la sangre y del sistema inmunológico. La nueva metodología parece estar funcionando bien y prevemos completar la generación y caracterización de estas nuevas líneas de células madre vinculadas a enfermedades dentro del próximo año de este proyecto.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
Este proyecto de investigación se ha centrado en el desarrollo de nuevas líneas de células madre humanas que sean específicamente útiles para estudiar enfermedades humanas y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. Las células madre embrionarias humanas (hES) se establecieron por primera vez en 1998 y en la última década se ha demostrado que son capaces de diferenciar una amplia gama de diferentes tipos de células. Este pleno potencial de desarrollo se denomina "pluripotencia". Hasta hace poco, estos eran el único tipo de célula humana establecido que podía cultivarse de manera robusta en el laboratorio y aún mantener todo su potencial de desarrollo pluripotente. En noviembre de 2007 se creó un nuevo tipo de célula pluripotente humana. Al activar un conjunto de cuatro genes, los investigadores lograron reprogramar células de la piel humana en un tipo de célula que parece tener propiedades y potencial muy similares a las células hES. Estas nuevas células madre se denominan células madre pluripotentes inducidas (iPS) para mantener el nombre distinto de su contraparte derivada de embriones. Una de las limitaciones científicas de las células hES es la impracticabilidad de generar líneas de células madre específicas de pacientes o enfermedades. Esta oportunidad ahora se vuelve teóricamente práctica con la llegada de la generación de líneas celulares iPS humanas. Aquí informamos sobre avances significativos que demuestran la viabilidad de generar modelos celulares de enfermedades humanas relacionados con enfermedades.
Hemos identificado dos enfermedades neurológicas humanas específicas, el síndrome de Rett y la esquizofrenia, que tienen componentes genéticos conocidos o fuertemente sugeridos, y nos hemos propuesto generar líneas celulares iPS relacionadas con enfermedades. Hemos obtenido muestras de células de la piel de pacientes con estas enfermedades neurológicas y las hemos reprogramado con éxito en células iPS. Estas células madre pluripotentes relacionadas con enfermedades se han caracterizado cuidadosamente y hemos demostrado que, de hecho, se comportan de manera muy similar a las células hES existentes y también a las líneas celulares iPS de control sanas que hemos generado. Por tanto, el fenotipo de la enfermedad no es perjudicial para la reprogramación o proliferación como célula madre. Además, hemos logrado convencer a estas células iPS relacionadas con enfermedades para que se conviertan en tipos específicos de neuronas humanas funcionales, las mismas células que se sospecha que están involucradas en los trastornos neurológicos. Ahora hemos establecido un modelo viable para estudiar los trastornos neuronales humanos en el laboratorio y ya hemos observado algunas diferencias funcionales potencialmente importantes entre las neuronas generadas por iPS relacionadas con enfermedades y las de control. Es importante destacar que hemos encontrado defectos en la función de las neuronas relacionadas con enfermedades que pueden corregirse en parte siguiendo tratamientos farmacológicos específicos. Este descubrimiento demuestra la utilidad potencial de utilizar este método de modelado de enfermedades humanas en el laboratorio como herramienta para comprender las vías detalladas que podrían contribuir al desarrollo del estado de la enfermedad y, lo que es más importante, como objetivo para detectar posibles compuestos terapéuticos que podrían usarse para bloquear o retardar el progreso de los trastornos neuronales humanos.
También hemos logrado desarrollar un método mejorado para la administración de genes de reprogramación a las células del paciente para que se conviertan en células iPS. Este método combina todos los genes de reprogramación en un solo casete y también permite eliminar los genes de reprogramación, mitigando así la posibilidad de una reactivación no deseada y potencialmente perjudicial de estos genes de reprogramación posterior al estado de las células iPS. Hemos demostrado el éxito de esta nueva metodología de reprogramación para generar líneas celulares iPS específicamente relacionadas con una enfermedad del sistema inmunológico. Además de crear un panel de líneas celulares iPS vinculadas a enfermedades que están libres de transgenes de reprogramación introducidos externamente, hemos mostrado avances en el logro de la corrección de la mutación del ADN que conduce al estado de la enfermedad. Nuestra investigación ampliada sobre estas nuevas líneas de células iPS específicas de enfermedades ha demostrado ser útil para crear modelos in vitro de trastornos neuronales humanos y potencial para líneas de células iPS genéticamente corregidas específicas de pacientes que podrían usarse para terapias de trasplante basadas en células.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Desarrollo de células madre pluripotentes inducidas para modelar enfermedades humanas
Resumen público:
Las células madre embrionarias humanas (hESC) son muy prometedoras en la medicina regenerativa y las terapias de reemplazo celular debido a su capacidad única de autorrenovarse y su potencial de desarrollo para formar todos los linajes celulares del cuerpo. Las técnicas tradicionales para generar hESC se basan en embriones excedentes de FIV y son incompatibles con la generación de células madre genéticamente diversas, específicas de pacientes o enfermedades. Recientemente, se informó que se podría inducir a las células de la piel humana adulta a regresar a etapas anteriores de desarrollo y exhibir propiedades de células hES auténticas. El método exacto para la "reprogramación" no se ha optimizado, pero actualmente implica colocar múltiples genes en células de la piel y luego exponer las células a entornos químicos específicos adaptados al crecimiento de las células hES. Si bien estas células parecen tener un potencial de desarrollo similar al de las células hES, no derivan de embriones humanos. Para distinguir estas células reprogramadas de las células hES de origen embrionario, se denominan células madre pluripotentes inducidas (iPS). Validar y optimizar el método de reprogramación resultaría muy útil para la generación de líneas celulares individuales de muchos pacientes diferentes para estudiar la naturaleza y complejidad de la enfermedad. Además, los problemas de rechazo inmunológico para futuras aplicaciones terapéuticas de este trabajo se aliviarán en gran medida al poder generar células reprogramadas a partir de pacientes individuales. Hemos iniciado una serie de estudios para reprogramar fibroblastos humanos y de ratón en células iPS utilizando los genes que ya se han sugerido. Si bien se ha informado que la inducción de estos genes en varias combinaciones reprograma células humanas, planeamos optimizar las condiciones para generar células iPS utilizando métodos que puedan controlar el nivel de los genes de "reprogramación" y que también puedan usarse para eliminar los genes inductores una vez. la reprogramación está completa; evitando así efectos inesperados sobre las células iPS. Una vez que hayamos optimizado los métodos de inducción de células iPS humanas a partir de fibroblastos humanos, produciremos células iPS a partir de pacientes con 2 enfermedades neurológicas diferentes. Luego, convertiremos estas células iPS en tipos específicos de neuronas utilizando métodos pioneros y establecidos en nuestro laboratorio para explorar los procesos biológicos que conducen a estas enfermedades neurológicas. Una vez que generemos estos modelos celulares de enfermedades neuronales, podremos usar estas células para detectar medicamentos que bloqueen el progreso o reviertan los efectos perjudiciales de la degeneración neuronal. Además, utilizaremos la técnica de reprogramación para estudiar modelos de sangre humana y enfermedades hepáticas. En estos casos, las células de la piel genéticamente sanas serán reprogramadas en células iPS, seguidas de la introducción del gen deficiente y luego inducidas a diferenciarse en tipos de células terapéuticas que se utilizarán en estudios de trasplantes en modelos animales de estas enfermedades. La capacidad de los tipos de células reprogramadas para rescatar la enfermedad servirá como prueba de principio para el injerto terapéutico en
Declaración de beneficio para California:
Ha pasado casi una década desde que se estableció por primera vez el cultivo de células madre embrionarias humanas (hES). Hasta el día de hoy, todavía hay un número bastante limitado de líneas de células madre disponibles para estudio debido en parte a las históricas restricciones de financiación federal y los desafíos asociados con la obtención de líneas de células hES a partir de óvulos femeninos humanos o de embriones desechados. En esta propuesta pretendemos avanzar en la nueva y revolucionaria técnica de reprogramación para generar nuevas líneas de células madre a partir de células adultas, evitando así los desafíos técnicos y éticos asociados con el uso de óvulos o embriones humanos, y creando las herramientas y el entorno para generar los tan necesarios. próxima generación de líneas de células madre humanas. Las células madre ofrecen un gran potencial para tratar una amplia gama de enfermedades que afectan a los ciudadanos de nuestro estado. El establecimiento de estas técnicas de reprogramación permitirá el desarrollo de modelos celulares de enfermedades humanas mediante la creación de nuevas líneas celulares con predisposición genética a enfermedades específicas. Nuestra propuesta tiene como objetivo establecer modelos celulares de dos enfermedades neurológicas específicas, así como desarrollar métodos para estudiar trastornos sanguíneos y hepáticos que puedan aliviarse mediante terapias con células madre. California ha prosperado como estado con una población diversa, pero las líneas de células madre disponibles actualmente representan una diversidad genética muy limitada. Para comprender la variación en respuesta a la terapéutica, necesitamos generar líneas celulares que coincidan con la rica diversidad genética de nuestro estado. La generación de líneas de células madre genéticamente diversas y específicas de enfermedades representará un gran potencial no solo para los pacientes de atención médica de California sino también para las industrias farmacéutica y biotecnológica de nuestro estado en términos de modelos mejorados para el descubrimiento de fármacos y pruebas toxicológicas. California es un líder sólido en desarrollos de investigación clínica. Para mantener esta posición, debemos poder crear líneas de células madre que sean específicas para pacientes individuales para superar los desafíos del rechazo inmunológico y crear terapias de trasplante seguras y efectivas. Nuestra propuesta avanza la tecnología necesaria para abordar estos problemas. Como beneficio adicional para los investigadores de células madre de California, pondremos a disposición las nuevas líneas de células madre creadas gracias a nuestro trabajo.
