Desarrollo de un modelo animal preclínico relevante como herramienta para evaluar terapias de reemplazo derivadas de células madre humanas para lesiones de neuronas motoras y enfermedades degenerativas
En el presente proyecto, nuestro equipo de investigación está investigando la posibilidad de utilizar neuronas motoras desarrolladas a partir de células madre embrionarias humanas para reemplazar las neuronas motoras perdidas en la médula espinal de un mamífero grande. El proyecto es importante para comprender mejor la traducción de prometedores estudios de supervivencia celular en roedores a un modelo de investigación que imita mejor la condición humana. Los hallazgos pueden ayudar al desarrollo de tratamientos celulares para lesiones que afectan tanto a la médula espinal como a las raíces nerviosas espinales, así como para afecciones degenerativas que afectan a las neuronas motoras de la médula espinal. Durante el primer año del proyecto, hemos obtenido las aprobaciones institucionales necesarias para estudios experimentales y uso de células madre humanas. los estudios planificados tanto en UCLA como en UC Davis, así como infraestructura y equipos adicionales obtenidos. También hemos desarrollado aún más nuestros protocolos in vitro para la producción de mayores volúmenes de neuronas motoras a partir de células madre embrionarias humanas. Estos estudios han demostrado que podemos cultivar células madre embrionarias humanas para que se conviertan en neuronas motoras in vitro y que estas células mantienen propiedades similares a las de las neuronas motoras, como la capacidad de desarrollar conexiones con células musculares en un entorno de cultivo de tejidos. Los cultivos de tejidos también muestran un crecimiento confiable y una fuerte diferenciación de una gran parte de las células en formas tempranas de neuronas motoras y neuronas motoras con características más diferenciadas. La supervivencia de células humanas trasplantadas en modelos experimentales puede ser un desafío y depender de tratamientos inmunosupresores. Según los avances recientes en el campo de la biología de los trasplantes, hemos ajustado nuestro plan de tratamiento inmunosupresor planificado para permitir períodos de estudio más prolongados y reducir el riesgo de efectos secundarios relacionados con los medicamentos. Además, hemos perfeccionado nuestros métodos quirúrgicos para la cirugía de columna mínimamente invasiva para realizar lesiones y reparaciones de raíces nerviosas, y estos métodos se utilizarán cuando se agreguen tratamientos con células madre a este nuevo modelo de investigación. Además, hemos desarrollado y perfeccionado una serie de medidas de resultados funcionales y de imágenes que forman parte de nuestra nueva herramienta de investigación en forma de técnicas mejoradas de imágenes por resonancia magnética para la identificación correcta de los niveles de la médula espinal antes de la lesión de la raíz nerviosa y las inyecciones de células madre en la medula espinal. También hemos desarrollado protocolos de estudio urodinámico, así como registros de electromiografía de células musculares del suelo pélvico y esfínteres que son importantes para la función vesical y rectal. Estas medidas de resultados clínicamente relevantes se integran en el modelo de investigación para ayudar a determinar el beneficio potencial de los tratamientos con células madre. Durante el primer año se presentó una serie de 4 manuscritos de investigación relacionados con el presente proyecto, y 2 de los manuscritos están actualmente aceptados para publicación/en prensa.
Período de información:
Los estudiantes de Year 3
El presente proyecto tiene como objetivo desarrollar un modelo animal de gran tamaño para probar nuevas terapias con células madre para afecciones neurológicas que provocan la pérdida de neuronas motoras. Tales afecciones incluyen lesión de la médula espinal en la porción sacra de la médula espinal, también conocida como cono medular, y esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Para ello, estamos desarrollando técnicas para inyectar células madre embrionarias humanas en la médula espinal de primates no humanos. Las células se cultivaron primero en placas de Petri para desarrollar propiedades de neuronas motoras. Los animales también son tratados con un nuevo protocolo de inmunosupresión que ha eliminado la necesidad de medicamentos orales y en su lugar se les inyecta por vía intravenosa o debajo de la piel. Los medicamentos inyectables contra el rechazo pueden dar como resultado niveles sanguíneos más estables de los medicamentos y se toleran mejor ya que pueden reducir los efectos secundarios como las náuseas. El proyecto avanza bien. Los estudios iniciales han demostrado la capacidad de inyectar células en las áreas objetivo apropiadas de la médula espinal donde normalmente residen las neuronas motoras. Los sujetos han demostrado niveles de tratamiento de inmunosupresión en la sangre y las células trasplantadas han sobrevivido y se han integrado bien en la médula espinal. Actualmente estamos realizando estudios a más largo plazo para evaluar la capacidad de los sujetos para tolerar la inmunosupresión administrada mediante inyección durante períodos de estudio más largos y para que las células sobrevivan durante períodos de tiempo más largos. También estamos monitoreando a los sujetos para detectar posibles efectos adversos, incluido el dolor y el crecimiento del tumor durante varios meses. Nuestra solicitud de una extensión de tiempo sin costos nos permitirá completar estos estudios y objetivos originales. Los próximos pasos después de que se haya completado el presente proyecto tendrán como objetivo utilizar esta nueva herramienta de investigación para evaluar el posible efecto positivo sobre la función neurológica en un grupo más grande de primates no humanos antes de trasladar esta forma de tratamiento celular a una población humana en estudios clínicos.
Período de información:
NCE Año 4
El presente proyecto tuvo como objetivo desarrollar una herramienta y tecnología en forma de un modelo animal grande para evaluar la posible utilidad y seguridad del trasplante de neuronas motoras derivadas de células madre embrionarias humanas en la médula espinal de un modelo de investigación in vivo. Los estudios utilizaron un modelo de lesión de la raíz nerviosa que resulta en la pérdida de neuronas motoras en la médula espinal, imitando así los efectos de una lesión de la médula espinal que afecta la parte más caudal de la médula espinal o trastornos de las neuronas motoras como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). . Se utilizaron células madre embrionarias humanas para desarrollar formas tempranas de neuronas motoras en cultivos, y las células se inyectaron en el área de las neuronas motoras de la médula espinal lumbar después de una lesión por avulsión de las raíces nerviosas lumbosacras. También se realizó una reparación quirúrgica de las raíces nerviosas lumbares con reinserción quirúrgica de las raíces a la médula espinal. Además, todos los sujetos recibieron tratamiento con una nueva combinación de medicamentos inmunosupresores para permitir una mejor supervivencia de las células humanas en el modelo de médula espinal de investigación in vivo. Los animales fueron evaluados a los 2 y 7 meses después de la lesión, la reparación quirúrgica de la raíz y el trasplante de neuronas motoras humanas en el modelo de investigación in vivo de la médula espinal. Todos los sujetos mostraron una excelente supervivencia de las células humanas, y muchas de las células trasplantadas también habían desarrollado contactos sinápticos con las células nerviosas del huésped en el modelo de investigación in vivo de la médula espinal. Algunas de las células también mostraron expresión de transmisores nerviosos sugestivos de un perfil de neurona motora y extensión de procesos nerviosos hacia las raíces ventrales reparadas. Los registros de los músculos del suelo pélvico y los registros de la presión de la vejiga confirmaron los efectos de la lesión de la raíz nerviosa inicial, pero la ausencia de efectos adversos funcionales detectables. El desarrollo de la herramienta y la tecnología de los animales grandes fue un éxito. En estudios futuros, esta nueva herramienta y tecnología se podrán utilizar para evaluar la posible utilidad y seguridad de las terapias emergentes con células madre humanas para reemplazar las neuronas motoras degeneradas.
Detalles de la solicitud de subvención
Titulo de la aplicación:
Desarrollo de un modelo animal preclínico relevante como herramienta para evaluar terapias de reemplazo derivadas de células madre humanas para lesiones de neuronas motoras y enfermedades degenerativas
Resumen público:
Las neuronas motoras se degeneran y mueren como consecuencia de muchas afecciones, incluidos traumatismos en la médula espinal y sus raíces nerviosas y enfermedades degenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica y la atrofia muscular espinal. La parálisis y, en muchos casos, la muerte pueden deberse a una pérdida de neuronas motoras. No hay tratamientos eficaces disponibles para estos pacientes. La mayoría de los estudios de terapia celular para los trastornos de las neuronas motoras se realizan en roedores. Sin embargo, debido a las dramáticas diferencias entre la médula espinal de los roedores y la humana, es difícil trasladar estos estudios a los humanos. En particular, el desarrollo de nuevos tratamientos basados en células madre está limitado por la falta de modelos animales grandes para probar terapias candidatas prometedoras.
Este cuello de botella se abordará mediante el desarrollo de una nueva herramienta de investigación en la que se trasplantan neuronas motoras derivadas de células madre embrionarias humanas a la médula espinal de macacos rhesus después de una lesión y reparación quirúrgica de las raíces nerviosas motoras. Este modelo de lesión y reparación imita muchas características de la degeneración de las neuronas motoras en humanos. Los estudios microscópicos determinarán la supervivencia y la integración tisular de células humanas trasplantadas en los tejidos de la médula espinal de los primates. Las evaluaciones de la marcha, la función de los músculos y la vejiga, la sensación y las imágenes por resonancia magnética (MRI) evaluarán los posibles beneficios y posibles efectos adversos. Esta nueva herramienta de investigación estará disponible para futuras pruebas preclínicas de terapias adicionales basadas en células madre dirigidas a la pérdida de neuronas motoras.
Declaración de beneficio para California:
La parálisis resultante de la pérdida de neuronas motoras después de formas de lesión de la médula espinal de la cola de caballo y el cono medular y de afecciones neurodegenerativas, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la atrofia muscular espinal (AME), son devastadoras y afectan a miles de pacientes y sus familias en California. (CALIFORNIA). Estas condiciones también crean una carga financiera significativa para el estado de CA. No hay tratamientos eficaces disponibles para estos pacientes desatendidos. Se propone el desarrollo de una herramienta de investigación clínicamente relevante para evaluar terapias emergentes de reemplazo de neuronas motoras basadas en células madre en estudios traslacionales. Actualmente no hay modelos de este tipo disponibles para la comunidad investigadora mundial. Como resultado, la herramienta de investigación propuesta, que permanecerá basada en CA, puede atraer interés en los Estados Unidos y en el extranjero, pudiendo potencialmente acceder a un mercado global de investigación traslacional de terapias basadas en células madre y contribuir a un flujo de ingresos positivo. a CA. Los beneficios futuros para las personas en CA incluyen: 1) Desarrollo y traducción de una nueva herramienta de investigación basada en CA para facilitar y acelerar la realización clínica de terapias emergentes basadas en células madre para afecciones neurológicas devastadoras que afectan a las neuronas motoras; 2) Reducción de los costos de atención médica y de los cuidadores de enfermedades crónicas de las neuronas motoras con parálisis; 3) Potencial de ingresos por propiedades intelectuales relacionadas con nuevos tratamientos celulares que ingresan a ensayos clínicos y uso humano.
